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  • (OK) Android系统启动-SystemServer下篇


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    基于Android 6.0的源码剖析, 分析Android启动过程的system_server进程

    frameworks/base/core/java/Android/app/ActivityThread.java
    frameworks/base/core/java/Android/app/LoadedApk.java
    frameworks/base/core/java/Android/app/ContextImpl.java
    frameworks/base/core/java/com/Android/server/LocalServices.java
    frameworks/base/services/java/com/Android/server/SystemServer.java
    frameworks/base/services/core/java/com/Android/server/SystemServiceManager.java
    frameworks/base/services/core/java/com/Android/server/ServiceThread.java
    frameworks/base/services/core/java/com/Android/server/pm/Installer.java
    frameworks/base/services/core/java/com/Android/server/am/ActivityManagerService.java

    一、启动调用栈

    System_server启动函数调用类的栈关系:

    SystemServer.main
            SystemServer.run
                    createSystemContext
                            ActivityThread.systemMain
                                    ActivityThread.attach
                                            LoadedApk.makeApplication
                            ActivityThread.getSystemContext
                                    ContextImpl.createSystemContext
                    startBootstrapServices(); 
                    startCoreServices();    
                    startOtherServices();
                    Looper.loop();

    二、 SystemServer分析

    上一篇文章Android系统启动-systemServer上篇讲解了从Zygote一路启动到SystemServer的过程,本文重要是讲述system_server所承载的java framework的系统服务框架,是如何一路路启动的。

    Step 1. SystemServer.main

    public static void main(String[] args) {
        //先初始化SystemServer对象,再调用对象的run()方法, 【见Step 2】
        new SystemServer().run(); 
    }

    Step 2. SystemServer.run

    private void run() {
        //当系统时间比1970年更早,就设置当前系统时间为1970年
        if (System.currentTimeMillis() < EARLIEST_SUPPORTED_TIME) {
            SystemClock.setCurrentTimeMillis(EARLIEST_SUPPORTED_TIME);
        }
    
        //变更虚拟机的库文件,对于Android 6.0默认采用的是libart.so
        SystemProperties.set("persist.sys.dalvik.vm.lib.2", VMRuntime.getRuntime().vmLibrary());
    
        //isEnabled()为true,则开启采用分析器
        if (SamplingProfilerIntegration.isEnabled()) {
            SamplingProfilerIntegration.start();
            mProfilerSnapshotTimer = new Timer();
            //system_server每隔1小时采用一次,并保存结果到system_server文件
            mProfilerSnapshotTimer.schedule(new TimerTask() {
                @Override
                public void run() {
                    SamplingProfilerIntegration.writeSnapshot("system_server", null);
                }
            }, SNAPSHOT_INTERVAL, SNAPSHOT_INTERVAL);
        }
    
        //清除vm内存增长上限,由于启动过程需要较多的虚拟机内存空间
        VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();
    
        //设置内存的可能有效使用率为0.8
        VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);
        // 针对部分设备依赖于运行时就产生指纹信息,因此需要在开机完成前已经定义
        Build.ensureFingerprintProperty();
    
        //访问环境变量前,需要明确地指定用户
        Environment.setUserRequired(true);
    
        //确保当前系统进程的binder调用,总是运行在前台优先级(foreground priority)
        BinderInternal.disableBackgroundScheduling(true);
        Android.os.Process.setThreadPriority(Android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
        Android.os.Process.setCanSelfBackground(false);
    
        // 主线程looper就在当前线程运行
        Looper.prepareMainLooper();
    
        //加载Android_servers.so库,该库包含的源码在frameworks/base/services/目录下
        System.loadLibrary("Android_servers");
    
        //检测上次关机过程是否失败,该方法可能不会返回
        performPendingShutdown();
    
        //初始化系统上下文 【见Step 3】
        createSystemContext();
    
        //创建系统服务管理
        mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
        //将mSystemServiceManager添加到本地服务的成员sLocalServiceObjects
        LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
    
        
        //启动各种系统服务
        try {
            startBootstrapServices(); // 启动引导服务【见Step 4】
            startCoreServices();      // 启动核心服务【见Step 5】
            startOtherServices();     // 启动其他服务【见Step 6】
        } catch (Throwable ex) {
            Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
            throw ex;
        }
    
        //用于debug版本,将log事件不断循环地输出到dropbox(用于分析)
        if (StrictMode.conditionallyEnableDebugLogging()) {
            Slog.i(TAG, "Enabled StrictMode for system server main thread.");
        }
        //一直循环执行
        Looper.loop();
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

    LocalServices通过用静态Map变量sLocalServiceObjects,来保存以服务类名为key,以具体服务对象为value的Map结构。

    Step 3. SystemServer.createSystemContext

    private void createSystemContext() {
        //创建ActivityThread对象【见Step 3-1】
        ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
        //创建ContextImpl、LoadedApk对象【见Step 3-2】
        mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
        //设置主题
        mSystemContext.setTheme(Android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar);
    }

    Step 3-1. ActivityThread.systemMain

    public static ActivityThread systemMain() {
        //对于低内存的设备,禁用硬件加速
        if (!ActivityManager.isHighEndGfx()) {
            HardwareRenderer.disable(true);
        } else {
            HardwareRenderer.enableForegroundTrimming();
        }
        // 创建ActivityThread
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        // 创建Application以及调用其onCreate()方法【见Step 3-1-1】
        thread.attach(true);
        return thread;
    }

    Step 3-1-1. ActivityThread.attach

    private void attach(boolean system) {
        sCurrentActivityThread = this;
        mSystemThread = system;
    
        if (!system) {
        ...
    
        } else {
            //system=true,进入此分支
            Android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("system_process",
                    UserHandle.myUserId());
            try {
                mInstrumentation = new Instrumentation();
                // 创建应用上下文
                ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(
                        this, getSystemContext().mPackageInfo);
                //创建Application 【见Step 3-1-1-1】
                mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);
                //调用Application.onCreate()方法
                mInitialApplication.onCreate();
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(
                        "Unable to instantiate Application():" + e.toString(), e);
            }
        }
    
        //添加dropbox log信息到libcore
        DropBox.setReporter(new DropBoxReporter());
    
        // 设置回调方法
        ViewRootImpl.addConfigCallback(new ComponentCallbacks2() {
            @Override
            public void onConfigurationChanged(Configuration newConfig) {
                synchronized (mResourcesManager) {
                    if (mResourcesManager.applyConfigurationToResourcesLocked(newConfig, null)) {
                        if (mPendingConfiguration == null ||
                                mPendingConfiguration.isOtherSeqNewer(newConfig)) {
                            mPendingConfiguration = newConfig;
    
                            sendMessage(H.CONFIGURATION_CHANGED, newConfig);
                        }
                    }
                }
            }
            @Override
            public void onLowMemory() {
            }
            @Override
            public void onTrimMemory(int level) {
            }
        });
    }

    主要工作是创建应用上下文ContextImpl,创建Application以及调用其onCreate()方法,设置DropBox以及ComponentCallbacks2回调方法。

    Step 3-1-1-1. LoadedApk.makeApplication

    public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,
            Instrumentation instrumentation) {
        if (mApplication != null) {
            return mApplication;
        }
    
        Application app = null;
    
        String appClass = mApplicationInfo.className;
        if (forceDefaultAppClass || (appClass == null)) {
            appClass = "Android.app.Application"; //设置class名
        }
    
        try {
            java.lang.ClassLoader cl = getClassLoader();
            if (!mPackageName.equals("Android")) {
                initializeJavaContextClassLoader(); //不进入该分支
            }
            ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread, this);
            // 创建Application
            app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
                    cl, appClass, appContext);
            appContext.setOuterContext(app);
        } catch (Exception e) {
                    ...
        }
        // 将前面创建的app添加到应用列表。
        mActivityThread.mAllApplications.add(app);
        mApplication = app;
        ...
    
        return app;
    }

    在该方法调用之前,已经创建了LoadedApk对象,该对象的成员变量mPackageName=”Android”; mClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

    Step 3-2. ActivityThread.getSystemContext

    public ContextImpl getSystemContext() {
        synchronized (this) {
            if (mSystemContext == null) {
                //创建ContextImpl对象【见Step 3-2-1】
                mSystemContext = ContextImpl.createSystemContext(this);
            }
            return mSystemContext;
        }
    }

    Step 3-2-1. ContextImpl.createSystemContext

    static ContextImpl createSystemContext(ActivityThread mainThread) {
        //创建LoadedApk对象
        LoadedApk packageInfo = new LoadedApk(mainThread);
        //创建ContextImpl对象
        ContextImpl context = new ContextImpl(null, mainThread,
                packageInfo, null, null, false, null, null, Display.INVALID_DISPLAY);
        context.mResources.updateConfiguration(context.mResourcesManager.getConfiguration(), 
                context.mResourcesManager.getDisplayMetricsLocked());
        return context;
    }

    运行到这里,system_server的准备环境基本完成,接下来开始system_server中最为核心的过程,启动系统服务。
    通过startBootstrapServices(), startCoreServices(), startOtherServices()3个方法。

    Step 4. startBootstrapServices

    [–>SystemServer.java]

    private void startBootstrapServices() {
        //阻塞等待与installd建立socket通道
        Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);
    
        //启动服务ActivityManagerService
        mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
                ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
        mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
        mActivityManagerService.setInstaller(installer);
    
        //启动服务PowerManagerService
        mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);
    
        //初始化power management
        mActivityManagerService.initPowerManagement();
    
        //启动服务LightsService 
        mSystemServiceManager.startService(LightsService.class);
    
        //启动服务DisplayManagerService
        mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);
    
        //在初始化package manager之前,需要默认的显示
        mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);
    
        //当设备正在加密时,仅运行核心
        String cryptState = SystemProperties.get("vold.decrypt");
        if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) {
            mOnlyCore = true;
        } else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) {
            mOnlyCore = true;
        }
    
        //启动服务PackageManagerService
        mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
                mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);
        mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();
        mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();
    
        //启动服务UserManagerService,新建目录/data/user/
        ServiceManager.addService(Context.USER_SERVICE, UserManagerService.getInstance());
    
        AttributeCache.init(mSystemContext);
    
        //设置AMS
        mActivityManagerService.setSystemProcess();
    
        //启动传感器服务
        startSensorService();
    }

    该方法所创建的服务:ActivityManagerService, PowerManagerService, LightsService, DisplayManagerService, PackageManagerService, UserManagerService, sensor服务.

    Step 5. startCoreServices

    private void startCoreServices() {
        //启动服务BatteryService,用于统计电池电量,需要LightService.
        mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);
    
        //启动服务UsageStatsService,用于统计应用使用情况
        mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class);
        mActivityManagerService.setUsageStatsManager(
                LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class));
    
        mPackageManagerService.getUsageStatsIfNoPackageUsageInfo();
    
        //启动服务WebViewUpdateService
        mSystemServiceManager.startService(WebViewUpdateService.class);
    }

    启动服务BatteryService,UsageStatsService,WebViewUpdateService。

    Step 6. startOtherServices

    该方法比较长,有近千行代码,逻辑很简单,主要是启动一系列的服务,这里就不列举源码了,在第四节直接对其中的服务进行一个简单分类。

    三、Service启动过程

    接下来,开始正式进入启动系统服务的过程。

    启动方式

    system_server进程中的服务启动方式有两种,

    1. 一种是通过SystemServiceManager的startService(),该方法用于启动继承于SystemService的服务。主要功能:创建serviceClass类的对象,将刚创建对象添加到SystemServiceManager的成员变量mServices,再调用刚创建对象的onStart()方法。对于服务启动到一定阶段,进入相应的Phase时,会调用SystemServiceManager的startBootPhase()回调方法,该方法会循环遍历所有向SystemServiceManager注册过的service的onBootPhase()方法。
    2. 另一种是通过ServiceManager的addService(String name, IBinder service),该方法用于初始化继承于IBinder的服务。主要功能将该服务向Native层的service Manager注册服务

    启动流程

    SystemServiceManager的startBootPhase()方法贯穿整个阶段,启动阶段从PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY到PHASE_BOOT_COMPLETED,如下图:

    Android系统启动-SystemServer下篇

    启动流程分析:

    1. PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY=100,该阶段等待Display有默认显示;
    2. PHASE_LOCK_SETTINGS_READY=480,进入该阶段服务能获取锁屏设置的数据;
    3. PHASE_SYSTEM_SERVICES_READY=500,进入该阶段服务能安全地调用核心系统服务,如PMS;
    4. PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY=550,进入该阶段服务能广播Intent;
    5. PHASE_THIRD_PARTY_APPS_CAN_START=600,进入该阶段服务能start/bind第三方apps,app能通过BInder调用service;
    6. PHASE_BOOT_COMPLETED=1000,该阶段是发生在Boot完成和home应用启动完毕。系统服务更倾向于监听该阶段,而不是注册广播ACTION_BOOT_COMPLETED,从而降低系统延迟。

    Phase 100

    创建ActivityManagerService、PowerManagerService、LightsService、DisplayManagerService共4项服务;

    接着则进入阶段100,该阶段调用DisplayManagerService的onBootPhase()方法。

    Phase 480&&500

    创建PackageManagerService、WindowManagerService、InputManagerService、NetworkManagerService、DropBoxManagerService/FingerprintService等服务

    接着则进入阶段480,该阶段调用DevicePolicyManagerService的onBootPhase()方法;
    紧接着进入阶段500,实现该阶段的回调方法的服务较多。

    Phase 550

    WindowManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService、DisplayManagerService分别依次执行systemReady()方法;然后ActivityManagerService进入systemReady()方法;

    接着则进入阶段550,实现该阶段的回调方法的服务较多。

    Phase 600

    AMS启动native crash监控,,加载WebView,启动SystemUi;然后是NetworkScoreService、NetworkManagementService、NetworkStatsService、NetworkPolicyManagerService、ConnectivityService、AudiOService分别依次执行systemReady()方法,然后是启动Watchdog。

    接着则进入阶段600,实现该阶段的回调方法的服务较多。

    Phase 1000

    WallpaperManagerService、InputMethodManagerService、LocationManagerService、CountryDetectorService、NetworkTimeUpdateService、CommonTimeManagementService、TextServicesManagerService、AssetAtlasService、InputManagerService、TelephonyRegistry、MediaRouterService、MmsServiceBroker这些服务依次执行其systemRunning()方法。经过一定流程,当ActivityManagerServer进入finishBooting()时,则启动流程进入阶段PHASE_BOOT_COMPLETED=1000。

    到此所有服务启动完成,system_server进程启动完成,则进入Looper.loop()状态,随时待命,等待MessageQueue中的消息到来,则马上进入执行状态。

    四、服务分类

    system_server进程,从源码角度划分为引导服务、核心服务、其他服务3类。

    1. 引导服务:ActivityManagerService、PowerManagerService、LightsService、DisplayManagerService、PackageManagerService、UserManagerService、SensorService共7项服务;
    2. 核心服务:BatteryService、UsageStatsService、WebViewUpdateService共3项服务;
    3. 其他服务:AlarmManagerService、VibratorService等共70多项服务

    合计总大约80多个服务,下面只是简单地对所有服务分类(个人划分,便于后期分析):

    1. 重量级服务:ActivityManagerServicePackageManagerServiceWindowManagerService
    2. 功耗相关:PowerManagerService、BatteryService、BatteryStatsService、DreamManagerService
    3. 统计调度相关:DropBoxManagerServiceSamplingProfilerService、UsageStatsService、DiskStatsService、SchedulingPolicyService、DeviceStorageMonitorService、AlarmManagerService、DeviceIdleController、DockObserver、ThermalObserver、JobSchedulerService、AccessibilityManagerService
    4. UI相关:DisplayManagerService、LightsService、GraphicsStatsService、StatusBarManagerService、NotificationManagerService、WallpaperManagerService、UiModeManagerService、AppWidgetService、LauncherAppsService、TextServicesManagerService、ContentService、LockSettingsService、InputManagerService、InputMethodManagerServiceMountService、FingerprintService、TvInputManagerService
    5. 网络相关:NetworkManagementService、NetworkScoreService、NetworkStatsService、NetworkPolicyManagerService、ConnectivityService、BluetoothService、WifiP2pService、WifiService、WifiScanningService、EthernetService、WebViewUpdateService
    6. Media相关:AudiOService、MediaRouterService、VoiceInteractionManagerService、MediaProjectionManagerService、MediaSessionService、
    7. 设备相关:DevicePolicyManagerService、PrintManagerService、BackupManagerService、UserManagerService、AccountManagerService、TrustManagerService、SensorService、LocationManagerService、VibratorService、CountryDetectorService、GestureLauncherService、PersistentDataBlockService、ClipboardService
    8. 其他:TelephonyRegistry、TelecomLoaderService、NsdService、UpdateLockService、SerialService、SearchManagerService、CommonTimeManagementService、AssetAtlasService、ConsumerIrService、MidiServiceCameraService、TwilightService、RestrictionsManagerService、MmsServiceBroker、RttService、UsbService。

    后续,会针对其中比较重要的服务进行展开详解。

    作者:gityuan


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