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本文基于 Android 14.0.0_r2 的系统启动流程分析。
SystemServer 进程主要用于创建系统服务,我们熟知的 AMS、WMS 和 PMS 都是由它来创建的,因此掌握 SystemServer 进程是如何启动的,它在启动时做了哪些工作是十分必要的。
ZygoteInit 的 handleSystemServerProcess 下面的子方法去调用了 com.android.server.SystemServer 的 main 方法,至此 SystemServer 就创建和启动完毕了:
handleSystemServerProcess
com.android.server.SystemServer
main
路径:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java public static void main(String[] argv) { ... Runnable caller; try { ... if (startSystemServer) { Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer); ... } ... } ... }
路径:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer) { ... if (pid == 0) { ... return handleSystemServerProcess(parsedArgs); } ... }
路径:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java private static Runnable handleSystemServerProcess(ZygoteArguments parsedArgs) { ... if (parsedArgs.mInvokeWith != null) { ... } else { ... return ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.mTargetSdkVersion, parsedArgs.mDisabledCompatChanges, parsedArgs.mRemainingArgs, cl); } }
路径:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java public static Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, long[] disabledCompatChanges, String[] argv, ClassLoader classLoader) { ... return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, disabledCompatChanges, argv, classLoader); }
路径:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java protected static Runnable applicationInit(int targetSdkVersion, long[] disabledCompatChanges, String[] argv, ClassLoader classLoader) { ... return findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader); }
路径:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) { Class<?> cl; try { // 反射拿到 SystemServer 类 cl = Class.forName(className, true, classLoader); } catch (ClassNotFoundException ex) { ... } Method m; try { // 反射拿到 SystemServer.java 的 main 函数,并启动。 m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class }); } catch (NoSuchMethodException ex) { ... } catch (SecurityException ex) { ... } ... return new MethodAndArgsCaller(m, argv); }
SystemServer.run
路径:/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java public static void main(String[] args) { new SystemServer().run(); }
路径:/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java private void run() { ... try { ... // 设置系统语言、国家、时区相关。 if (!SystemProperties.get("persist.sys.language").isEmpty()) { final String languageTag = Locale.getDefault().toLanguageTag(); SystemProperties.set("persist.sys.locale", languageTag); SystemProperties.set("persist.sys.language", ""); SystemProperties.set("persist.sys.country", ""); SystemProperties.set("persist.sys.localevar", ""); } ... // 设置 main 线程的优先级,有此可得主线程就是 SystemServer 进程下的其中线程。 android.os.Process.setThreadPriority( android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND); android.os.Process.setCanSelfBackground(false); // 开始主线程的运行,和 Looper.loop 配对使用。 // 运行在 Looper.prepareMainLooper() ~ Looper.loop(),之间的就是运行在主线程中。 Looper.prepareMainLooper(); Looper.getMainLooper().setSlowLogThresholdMs( SLOW_DISPATCH_THRESHOLD_MS, SLOW_DELIVERY_THRESHOLD_MS); ... // 初始化 native services,加载 android_servers 库(libandroid_servers.so)。 System.loadLibrary("android_servers"); ... // 通过 ActivityThread 来创建 system 上下文。 createSystemContext(); // 初始化 ActivityThread,创建 TelephonyServiceManager、StatsServiceManager、MediaServiceManager。 ActivityThread.initializeMainlineModules(); // 将 SystemServer 加入 ServiceManager(binder 线程池)。 // 每个继承自 SystemServer 或属于 SystemServer 进程的服务都将加入到 ServiceManager 中的线程池中。 ServiceManager.addService("system_server_dumper", mDumper); mDumper.addDumpable(this); // 每个 server 基本上对应了一个 manager,对外提供的 API 也是只能获取到 manager。 // 创建 SystemServiceManager,它会对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理,启动系统的各种服务。 mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext); mSystemServiceManager.setStartInfo(mRuntimeRestart, mRuntimeStartElapsedTime, mRuntimeStartUptime); mDumper.addDumpable(mSystemServiceManager); // LocalServices 是 system_server 进程中各个服务提供的本地服务。 // system_server 进程中每个服务都可以往 LocalServices 放对象。 // 有些核心服务是继承自 SystemServer,LocalServices 是公开缓存池目的是解耦。 LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager); ... } ... // 启动 Services。 try { t.traceBegin("StartServices"); // 启动系统启动所需的一系列关键服务:AMS,P(power/package)MS,SensorService,DisplayManagerService,LightService 等。 startBootstrapServices(t); // 启动核心服务:BatteryService,GpuService 等。 startCoreServices(t); // 启动其他服务:VibratorManagerService,闹钟服务,相机服务,网络服务,输入法服务,存储服务等。 startOtherServices(t); // 以上的所有服务都由 mSystemServiceManager 来启动,所以都是继承自 SystemServer。 // 分别是引导服务、核心服务和其他服务 // [引导服务] // Installer 系统安装 apk 时的一个服务类,启动完成 Installer 服务之后才能启动其他的系统服务。 // ActivityManagerService 负责四大组件的启动、切换、调度。 // PowerManagerService 计算系统中和Power相关的计算,然后决策系统应该如何反应。 // LightsService 管理和显示背光LED。 // DisplayManagerService 用来管理所有显示设备。 // UserManagerService 多用户模式管理。 // SensorService 为系统提供各种感应器服务。 // PackageManagerService 用来对 apk 进行安装、解析、删除、卸载等等操作。 // [核心服务] // BatteryService 管理电池相关的服务。 // UsageStatsService 收集用户使用每一个 APP 的频率、使用时常。 // WebViewUpdateService WebView 更新服务。 // [其他服务] // CameraService 摄像头相关服务。 // AlarmManagerService 全局定时器管理服务。 // InputManagerService 管理输入事件。 // WindowManagerService 窗口管理服务。 // VrManagerService VR模式管理服务。 // BluetoothService 蓝牙管理服务。 // NotificationManagerService 通知管理服务。 // DeviceStorageMonitorService 存储相关管理服务。 // LocationManagerService 定位管理服务。 // AudioService 音频相关管理服务。 ... } ... // 主线程 Looper.loop(); // 若执行到这里说明主线程意外退出了。 // 主线程:Looper.prepareMainlooper ~ Looper.loop 之间。 throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); }
以上方法可以看出来关于其他服务的启动都是运行在主线程中的 Looper.prepareMainlooper ~ Looper.loop 之间,每个 SystemServer 中的服务都有一个 binder,会加入到 ServiceManager 的 binder 线程池中统一管理,这样拿到全局的 ServiceManager,根据 AIDL 获取到每个 Service 了。
startBootstrapServices(t)
启动系统启动所需的一系列关键服务:AMS,P(power/package)MS,SensorService,DisplayManagerService,LightService 等。
startCoreServices(t)
启动核心服务:BatteryService,GpuService 等。
startOtherServices(t)
启动其他服务:VibratorManagerService,闹钟服务,相机服务,网络服务,输入法服务,存储服务等。
在这些启动的服务里(调用了 onStart 启动服务),都会将服务存入 ServiceManager 用来管理系统中的各种 Service,用于系统 C/S 架构中的 Binder 机制通信:Client 端要使用某个 Service,则需要先到 ServiceManager 查询 Service 的相关信息,然后根据 Service 的相关信息与 Service 所在的 Server 进程建立通讯通路,这样 Client 端就可以使用 Service 了。
各类系统服务的作用
SystemServer.startBootstrapServices
路径:/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java private void startBootstrapServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) { ... // 尽早启动看门狗,以便在早期启动过程中出现死锁时使系统服务器崩溃。 t.traceBegin("StartWatchdog"); // 启动看门狗,看门狗需要定时喂狗,若喂狗超时则会触发重启,以便知道进程和服务是否正常运行。 final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance(); watchdog.start(); mDumper.addDumpable(watchdog); t.traceEnd(); ... t.traceBegin("StartInstaller"); // 通过 mSystemServiceManager 来启动 Installer 服务,管理应用的安装与卸载。 Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class); t.traceEnd(); ... // 通过 mSystemServiceManager 来启动 UriGrantsManagerService,管理 Uri。 t.traceBegin("UriGrantsManagerService"); mSystemServiceManager.startService(UriGrantsManagerService.Lifecycle.class); t.traceEnd(); // 通过 mSystemServiceManager 来启动 PowerStatsService,管理电源状态。 t.traceBegin("StartPowerStatsService"); mSystemServiceManager.startService(PowerStatsService.class); t.traceEnd(); ... t.traceBegin("StartActivityManager"); // 通过 mSystemServiceManager 来启动 ActivityTaskManagerService,管理 Activity 任务栈。 ActivityTaskManagerService atm = mSystemServiceManager.startService( ActivityTaskManagerService.Lifecycle.class).getService(); // 启动 ActivityManagerService,管理 Activity 等。 mActivityManagerService = ActivityManagerService.Lifecycle.startService( mSystemServiceManager, atm); // 让 ActivityManagerService 拿到 systemServer,例如可以通过 mSystemServiceManager 来判断系统是否启动完成。 mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager); mActivityManagerService.setInstaller(installer); mWindowManagerGlobalLock = atm.getGlobalLock(); t.traceEnd(); ... // 启用 PowerManagerService 服务,电源管理服务。 t.traceBegin("StartPowerManager"); mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class); t.traceEnd(); ... // 启动屏幕亮度服务,比如亮度调整。 t.traceBegin("StartLightsService"); mSystemServiceManager.startService(LightsService.class); t.traceEnd(); ... // 启动屏幕显示服务。 t.traceBegin("StartDisplayManager"); mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class); t.traceEnd(); ... try { ... // 启动 PMS,包管理服务。 mPackageManagerService = PackageManagerService.main( mSystemContext, installer, domainVerificationService, mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF); } finally { Watchdog.getInstance().resumeWatchingCurrentThread("packagemanagermain"); } ... // 启动传感器服务。 t.traceBegin("StartSensorService"); mSystemServiceManager.startService(SensorService.class); t.traceEnd(); t.traceEnd(); }
可以看到大多数服务都是通过 mSystemServiceManager.startService 来启动,接下来看看 startService 方法内容。
SystemServiceManager.startService
路径:/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/SystemServiceManager.java public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) { try { final String name = serviceClass.getName(); ... final T service; try { // 反射拿到该 Java 类 Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class); service = constructor.newInstance(mContext); } ... // 将当前服务(Java类)加入 SystemService 服务队列中,统一管理。 startService(service); return service; } finally { Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER); } }
路径:/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/SystemServiceManager.java public void startService(@NonNull final SystemService service) { ... // 将当前服务加入 mServices 队列中。 mServices.add(service); long time = SystemClock.elapsedRealtime(); try { // 调用当前服务的 onStart 来启动服务。 service.onStart(); } catch (RuntimeException ex) { ... } warnIfTooLong(SystemClock.elapsedRealtime() - time, service, "onStart"); }
可以看到 startService 方法就是反射拿到服务类,然后加入队列中,调用其 onStart 方法进行启动。
ServiceManager 服务管理
每个属于 SystemServer 的服务都将加入到 ServiceManager 的 binder 线程池中,以供后续直接获取和管理。就拿 BatteryService 服务来讲解:
路径:/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);
已知 startService 后会调用 BatteryService 服务的 onStart 方法,继续看看 onStart 内部:
路径:/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/BatteryService.java @Override public void onStart() { ... mBinderService = new BinderService(); // 将 BinderService 服务加入 ServiceManager 中。 publishBinderService("battery", mBinderService); mBatteryPropertiesRegistrar = new BatteryPropertiesRegistrar(); // 将 batteryproperties 服务加入 ServiceManager 中。 publishBinderService("batteryproperties", mBatteryPropertiesRegistrar); // 将 BinderService 服务加入到 LocalServices 中。 publishLocalService(BatteryManagerInternal.class, new LocalService()); }
继续看看 mBinderService 具体是什么,又是如何加入到 ServiceManager 中的:
路径:/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/BatteryService.java private final class BinderService extends Binder { ... }
可以看到 mBinderService 就是一个 Binder,然后调用 publishBinderService 加入到 ServiceManager 中的 binder 线程池中:
路径:/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/SystemService.java protected final void publishBinderService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated, int dumpPriority) { ServiceManager.addService(name, service, allowIsolated, dumpPriority); }
调用 ServiceManager.addService 加入到 binder 线程池中,而 ServiceManager 服务早就在 servicemanager.rc 文件中作为核心服务启动了:
路径:/frameworks/native/cmds/servicemanager/servicemanager.rc service servicemanager /system/bin/servicemanager class core animation user system group system readproc critical file /dev/kmsg w onrestart setprop servicemanager.ready false onrestart restart --only-if-running apexd onrestart restart audioserver onrestart restart gatekeeperd onrestart class_restart --only-enabled main onrestart class_restart --only-enabled hal onrestart class_restart --only-enabled early_hal task_profiles ServiceCapacityLow shutdown critical
SystemServer 作为 Android 系统的核心组成部分之一,通过 fork 自 init 进程,在启动过程中创建并启动各类系统服务(核心服务、引导服务、其他服务),并将这些服务内建的 Binder 实例注册到 ServiceManager 的 binder 线程池中,从而实现了系统服务的高效管理和跨进程通信。
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SystemServer 进程主要用于创建系统服务,我们熟知的 AMS、WMS 和 PMS 都是由它来创建的,因此掌握 SystemServer 进程是如何启动的,它在启动时做了哪些工作是十分必要的。
一、源码解析
ZygoteInit 的
handleSystemServerProcess
下面的子方法去调用了com.android.server.SystemServer
的main
方法,至此 SystemServer 就创建和启动完毕了:SystemServer.run
以上方法可以看出来关于其他服务的启动都是运行在主线程中的 Looper.prepareMainlooper ~ Looper.loop 之间,每个 SystemServer 中的服务都有一个 binder,会加入到 ServiceManager 的 binder 线程池中统一管理,这样拿到全局的 ServiceManager,根据 AIDL 获取到每个 Service 了。
startBootstrapServices(t)
启动系统启动所需的一系列关键服务:AMS,P(power/package)MS,SensorService,DisplayManagerService,LightService 等。
startCoreServices(t)
启动核心服务:BatteryService,GpuService 等。
startOtherServices(t)
启动其他服务:VibratorManagerService,闹钟服务,相机服务,网络服务,输入法服务,存储服务等。
各类系统服务的作用
SystemServer.startBootstrapServices
可以看到大多数服务都是通过 mSystemServiceManager.startService 来启动,接下来看看 startService 方法内容。
SystemServiceManager.startService
可以看到 startService 方法就是反射拿到服务类,然后加入队列中,调用其 onStart 方法进行启动。
ServiceManager 服务管理
每个属于 SystemServer 的服务都将加入到 ServiceManager 的 binder 线程池中,以供后续直接获取和管理。就拿 BatteryService 服务来讲解:
已知 startService 后会调用 BatteryService 服务的 onStart 方法,继续看看 onStart 内部:
继续看看 mBinderService 具体是什么,又是如何加入到 ServiceManager 中的:
可以看到 mBinderService 就是一个 Binder,然后调用 publishBinderService 加入到 ServiceManager 中的 binder 线程池中:
调用 ServiceManager.addService 加入到 binder 线程池中,而 ServiceManager 服务早就在 servicemanager.rc 文件中作为核心服务启动了:
二、总结
SystemServer 作为 Android 系统的核心组成部分之一,通过 fork 自 init 进程,在启动过程中创建并启动各类系统服务(核心服务、引导服务、其他服务),并将这些服务内建的 Binder 实例注册到 ServiceManager 的 binder 线程池中,从而实现了系统服务的高效管理和跨进程通信。
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