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Android 基础技术——Framework

news 2025/7/17 1:04:12

笔者希望做一个系列，整理 Android 基础技术，本章是关于 Framework

简述 Android 系统启动流程

当按电源键触发开机，首先会从 ROM 中预定义的地方加载引导程序 BootLoader 到 RAM 中，并执行 BootLoader 程序启动 Linux Kernel，然后启动用户级别的第一个进程： init 进程(汇编调用）。init 进程会解析 init.rc 脚本做一些初始化工作，包括挂载文件系统、创建工作目录以及启动系统服务进程等，其中系统服务进程包括 Zygote、service manager、media 等（C++层的）。在 Zygote 中会进一步去启动 system_server进程（JAVA 层），然后在 system_server 进程中会启动 AMS、WMS、PMS 等服务，等这些服务启动之后，AMS 中就会打开 Launcher 应用的 home Activity，最终就看到了手机的 "桌面"。

Android 系统中有多少种不同的进程

init进程：用户态的第一个进程。解析init.rc创建各自服务进程(media, 守护进程），其中有一个叫zygote进程
zygote进程：一个进程所需要的必要资源 preloadclass， 虚拟机vm
system_server进程: 从zygote进程fork ，创建大量的服务（AMS，PMS，WMS等），加载Android framework所需要的资源context。
app进程：从zygote进程fork

init 进程是什么，作用是什么

init进程是Linux系统中用户空间的第一个进程，进程号固定为1，是C++进程. 由kernel启动

Kernel启动后，在用户空间启动init进程，并调用init中的main()方法执行init进程的职责。

1. 创建mkdir和挂载mount启动所需要的文件目录

初始化和启动属性服务
解析init.rc配置文件并启动Zygote进程，是由init进程fork出来的。

zygote进程是什么，作用是什么

Zgyote 是Android中的第一个art虚拟机 Android Runtime，他通过socket的方式与其他进程进行通信。

作用1 zygote fork的第一个java进程 SystemServer 进程

SystemServer 会开启一系列服务：AMS, WMS, PMS, PKMS等等

作用2从zygote fork子进程app Launcher进程

Launcher->app>fork

app_main.cpp做了什么，或者另外一种说法：Zygote是如何被启动的？

创建zygote进程，走到app_main.cpp的main方法，它是zygote进程的入口

app_main.cpp的main方法流程如下：

首先是Native层 startVm 启动了虚拟机！！！这里就是启动JAVA虚拟机
然后调用startReg函数为java虚拟机注册JNI方法
通过jni调用走到ZygoteInit.main，ZygoteInit.main() 是java层方法
- registerZygoteSocket() 注册一个Socket Server接收AMS请求，socketName以ANDROID_SOCKET_开头；
- preload()，预加载资源，例如常用类、颜色、drawable、JNI函数；以预加载类为例，读取/system/etc/preloaded-classes文件中配置的类名，通过Class.forName反射加载，常用类Activity、intent、String、Integer、TextView、Button；
- startSystemServer() ，内部通过Zygote.forkSystemServer启动SystemServer
- runSelectLoop() 循环等待处理请求；

system_server 为什么要在 Zygote 中启动，而不是由 init 直接启动呢？

Zygote 作为一个孵化器，可以提前加载一些资源，这样 fork() 时基于 Copy-On-Write 机制创建的其他进程就能直接使用这些资源，而不用重新加载。比如 system_server 就可以直接使用 Zygote 中的 JNI 函数、共享库、常用的类、以及主题资源。

使用 Zygote 进程去孵化应用进程有什么好处，为什么不是让 system_server 去孵化？

好处：应用在启动的时候需要做很多准备工作，包括启动虚拟机，加载各类系统资源等等，这些都是非常耗时的，如果能在zygote里就给这些必要的初始化工作做好，子进程在fork的时候就能直接共享，那么这样的话效率就会非常高。

为什么不是 system_server 进行 fork：

首先 system_server 相比 Zygote 多运行了 AMS、WMS、PMS 等服务，这些对一个应用程序来说是不需要的。
另外进程的 fork() 对多线程不友好，仅会将发起调用的线程拷贝到子进程，这可能会导致死锁，而 system_server 中肯定是有很多线程的。

Zygote 为什么不采用 Binder 机制进行 IPC 通信？

第一个原因，我们可以设想一下采用binder调用的话该怎么做，首先zygote要启用binder机制，需要打开binder驱动，获得一个描述符，再通过mmap进行内存映射，还要注册binder线程，这还不够，还要创建一个binder对象注册到serviceManager，另外AMS要向zygote发起创建应用进程请求的话，要先从serviceManager查询zygote的binder对象，然后再发起binder调用，这来来回回好几趟非常繁琐，相比之下，zygote和SystemServer进程本来就是父子关系，对于简单的消息通信，用管道或者socket非常方便省事。
第二个原因，如果zygote启用binder机制，再fork出SystemServer，那么SystemServer就会继承了zygote的描述符以及映射的内存，这两个进程在binder驱动层就会共用一套数据结构，这显然是不行的，所以还得先给原来的旧的描述符关掉，再重新启用一遍binder机制，这个就是自找麻烦了。
第三个原因：Binder 机制中存在 Binder 线程池，是多线程的，如果 Zygote 采用 Binder 的话就存在上面说的 fork() 与多线程的问题了。其实严格来说，Binder 机制不一定要多线程，所谓的 Binder 线程只不过是在循环读取 Binder 驱动的消息而已，只注册一个 Binder 线程也是可以工作的，比如 service manager 就是这样的。实际上 Zygote 尽管没有采取 Binder 机制，它也不是单线程的，但它在 fork() 前主动停止了其他线程，fork() 后重新启动了

多线程进程的fork调用会有什么问题？

会发生死锁

在POSIX 标准中，fork 的行为是这样的：复制整个用户空间的数据（通常使用 copy-on-write 的策略，所以可以实现的速度很快）以及所有系统对象，然后仅复制当前线程到子进程。这里：所有父进程中别的线程，到了子进程中都是突然蒸发掉的。

假设这么一个环境，在 fork 之前，有一个子线程 lock 了某个锁，获得了对锁的所有权。fork 以后，在子进程中，所有的额外线程都人间蒸发了。而锁却被正常复制了，在子进程看来，这个锁没有主人，所以没有任何人可以对它解锁。当子进程想 lock 这个锁时，不再有任何手段可以解开了。程序发生死锁。

SystemServiceManager和service_manager的区别

SystemServiceManager 专门管理各种服务的启动 java层的各种服务：AMS, PMS, WMS。SystemServiceManager 的ArrayList<SystemService> mServices 添加上面的服务
service_manager 是C++层的它是0号 binder服务。

如果我们启动一个hello World安卓用于程序，里面不另外启动其他线程，这个里面最少要启动多少个线程

启动4个线程

main线程，只是程序的主线程，也是日常用到的最多的线程，也叫UI线程，因为android的组件是非线程安全的，所以只允许UI/MAIN线程来操作。
GC线程，java有垃圾回收机制，每个java程序都有一个专门负责垃圾回收的线程
Binder1 就是我们的ApplicationThread，这个类实现了Ibinder接口，用于进程之间通信，具体来说，就是我们程序和AMS通信的工具
Binder2 就是我们的ViewRoot.W对象，它也是实现了IBinder接口，就是用于我们的应用程序和 wms通信的工具。 wms就是WindowManagerServicer ，和ams差不多的概念，不过它是管理窗口的系统服务。