android watchdog原理

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由于Android的SystemServer内有一票重要Service，所以在进程内有一个软件实现的Watchdog机制，用于监视SystemServer中各Service是否正常工作。如果超过一定时间（默认30秒），就dump现场便于分析，再超时（默认60秒）就重启SystemServer保证系统可用性。同时logcat中会打印类似下面信息：

W Watchdog: *** WATCHDOG KILLING SYSTEM PROCESS: Blocked in monitor com.android.server.am.ActivityManagerService on foreground thread (android.fg), Blocked in handler on ActivityManager (ActivityManager), Blocked in handler on WindowManager thread (WindowManager)

主要实现代码位于/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/Watchdog.java和/frameworks/base/core/jni/android_server_Watchdog.cpp。大体的框架很简单。Watchdog是SystemServer中的独立线程，它隔一定时间间隔会向各监视线程调度一次检查操作。这个检查操作当中会调用已注册的Monitor对象。如果Monitor对象上产生死锁，或是关键线程hang住，那么该检查必定不能按时结束，这样就被Watchdog检查到。

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先来看看总体类图。因为是唯一的，Watchdog实现为Singleton。其中维护HandlerChecker数组，对应要检查的线程。HandlerChecker数组中有Monitor数组，对应要检查的Monitor对象。要接受检查的对象需要实现Monitor接口。

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初始化是从SystemServer的startOtherServices()中开始的，其大体流程如下：
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首先，在SystemServer.java中，会创建Watchdog并启动。

472            Slog.i(TAG, "Init Watchdog");473            final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance();474            watchdog.init(context, mActivityManagerService);…1120                Watchdog.getInstance().start();

在Watchdog的构造函数中，会为每个要检查的线程创建HandlerChecker，并加到mHandlerCheckers这个队列中。首先是FgThread。它继承自ServiceThread，是一个单例，负责那些常规的前台操作，它不应该被后台的操作所阻塞。在Watchdog.java中：

215        mMonitorChecker = new HandlerChecker(FgThread.getHandler(),216                "foreground thread", DEFAULT_TIMEOUT);217        mHandlerCheckers.add(mMonitorChecker);

接下来，对于System Server的主线程，UI线程，IO线程和Display线程，分别做相同操作，这坨线程和FgThread一样都继承自ServiceThread。在init()函数中，接下来会调用registerReceiver()来注册系统重启的BroadcastReceiver。在收到系统重启广播时会执行RebootRequestReceiver的onReceive()函数，继而调用rebootSystem()重启系统。它允许其它模块（如CTS）通过发广播来让系统重启。
然后，各个需要被Watchdog监视的Service需要将自己进行注册。它们都实现了Watchdog.Monitor接口，其中主要是monitor()函数。例如ActivityManagerService：

2150        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);2151        Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);

其中addMonitor()将自身放到foreground thread的HandlerChecker的monitor队列中，addThread()根据当前线程的Handler创建HandlerChecker并放到mHandlerCheckers队列中。monitor()的实现一般很简单，只是尝试去获得锁再释放锁。如果有deadlock，就会卡住无法返回。

18767    public void monitor() {18768        synchronized (this) { }18769    }

回到SystemServer中，通过Watchdog的start()方法启动Watchdog线程，Watchdog.run()被执行。

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Watchdog的主体是一个循环。在每一次循环中，所有HandlerChecker的scheduleCheckLocked()函数被调用。其中主要是往被监视线程的Looper中放入HandlerChecker对象，HandlerChecker本身作为Runnable，是线程的可执行体。因此当被监视线程把它从Looper中拿出来后，它的run()函数被调用。然后，Watchdog.run()等待最长30秒后，调用evaluateCheckerCompletionLocked()检查各HandlerChecker结果状态。一个HandlerChecker结果状态有四种，COMPLETED(0)，WAITING(1), WAITED_HALF(2)和OVERDUE(3)。分别代表目标Looper已处理monitor，延时小于30秒，延时大于30秒小于60秒，延时大于60秒。最终的总状态是它们的最大值（也就是意味着最坏情况的那种情况）。如果总状态是COMPLETED，WAITING或WAITED_HALF，则进入循环下一轮。注意如果是WAITED_HALF，也就是说等了大于30秒，需要调用AMS.dumpStackTraces()来dump栈。如果状态为WAITED_HALF，进入下一轮循环后，又会等待最长30秒。

假设有线程阻塞，对于阻塞线程的HandlerChecker，它的延迟超过60秒，导致总状态为OVERDUE。这里会调用getBlockedCheckersLocked()和describeCheckersLocked()打印出是哪个Handler阻塞了。在Eventlog中打出信息后，把当前pid和相关进程pid放入待杀列表。然后和上面一样调用AMS.dumpStackTraces()打印栈。之后等待2秒等stacktrace写完。如有需要还会调用dumpKernelStackTraces()将kernel部分的stacktrace打出来。本质上是读取/proc/[pid]/task下的线程的和相应的/proc/[tid]/stack文件。然后调用doSyncRq()通知kernel把阻塞线程信息和backtrace打印出来（通过写/proc/sysrq-trigger）。之后会创建专门的线程来将信息写入到Dropbox，该线程会执行AMS.addErrorToDropBox()。Dropbox是Android中的一套日志记录系统，作用是将系统出错信息记录下来并且保留一段时间，避免被覆盖。当出现crash, wtf, lowmem或者Watchdog被触发都会通过Dropbox来记录。

425            Thread dropboxThread = new Thread("watchdogWriteToDropbox") {426                    public void run() {427                        mActivity.addErrorToDropBox(428                                "watchdog", null, "system_server", null, null,429                                subject, null, stack, null);430                    }431                };432            dropboxThread.start();433            try {434                dropboxThread.join(2000);  // wait up to 2 seconds for it to return.435            } catch (InterruptedException ignored) {}

DropBoxManagerService在SystemServer的startOtherServices()中添加，信息默认存放路径为/data/system/dropbox。DropBoxManagerService实现了IDropBoxManagerService服务接口，Client通过DropBoxManager来访问服务。在Watchdog中调用AMS.addErrorToDropBox()后，该函数会起工作线程（因为涉及I/O），将前面得到的stack信息dump到Dropbox，并且获取最近的logcat，最后通过DBMS的addText()接口进行存储。

接下来，如果设置了ActivityController就调用其systemNotResponding()接口（IActivityController是给测试开发时用的接口，用于监视AMS里的行为）。然后判断Debugger是否连着和是否允许restart。如果没有连着debugger且允许restart，就开始大开杀戒了。

467                Slog.w(TAG, "*** WATCHDOG KILLING SYSTEM PROCESS: " + subject);...476                Slog.w(TAG, "*** GOODBYE!");477                Process.killProcess(Process.myPid());478                System.exit(10);

因为Watchdog和SystemServer是同一进程，这里Watchdog kill掉了自己，也就是kill了SystemServer。因它是主要进程，杀掉后会被init重启。

这就是Watchdog的大体流程，回过头看下AMS中dumpStackTraces()的一些细节。参数中的pids包含了本进程，阻塞线程以及phone进程等。NATIVE_STACKS_OF_INTEREST包含了下面三个关键进程。

67    public static final String[] NATIVE_STACKS_OF_INTEREST = new String[] {68        "/system/bin/mediaserver",69        "/system/bin/sdcard",70        "/system/bin/surfaceflinger"71    };

注意虽然它们不在SystemServer中，但因为SystemServer中的Service会用Binder同步调用它们的方法。如果这些进程中阻塞，也可能导致SystemServer中发生阻塞。

dumpStackTraces()实现中先从dalvik.vm.stack-trace-file这个system property中取出trace路径，默认为/data/anr/traces.txt。接着它创建该文件（需要的话），设置属性，最后调用同名函数dumpStackTraces()完成真正的dump工作。dump工作首先会用FileObserver（利用inotify机制）监视trace文件什么时候写完。它会创建一个独立的线程ObserverThread并运行。然后对于前面加入到要dump线程列表中的进程，发送SIGQUIT信号。如果是虚拟机进程，ART中的SignalCatcher::HandleSigQuit()（在/art/runtime/signal_catcher.cc）会被调用来dump信息（DVM也是类似的）。对于前面的核心Service，调用Debug.dumpNativeBacktraceToFile()来输出它们的backtrace。

总结下来，dumpStackTraces()大体流程如下：
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可以看到，其中主要收集三类信息：一是关键进程（也就是上面收集的pid）的stacktrace；二是几个关键native服务的stacktrace；三是CPU的使用率。其中一是通过往目标进程发SIGQUIT来获取，因为Java虚拟机的Runtime会捕获SIGQUIT信号打印栈信息。二的原理是向后台debuggerd这个daemon发起申请，让其用ptrace打印目标进程的stacktrace然后用本地socket传回来。部分实现位于android_os_Debug.cpp和/system/core/libcutils/debugger.c。发起申请和接收数据的代码在以下函数：

131int dump_backtrace_to_file_timeout(pid_t tid, int fd, int timeout_secs) {132  int sock_fd = make_dump_request(DEBUGGER_ACTION_DUMP_BACKTRACE, tid, timeout_secs);...137  /* Write the data read from the socket to the fd. */...141  while ((n = TEMP_FAILURE_RETRY(read(sock_fd, buffer, sizeof(buffer)))) > 0) {142    if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(fd, buffer, n)) != n) {143      result = -1;144      break;145    }146  }...

最后使用ProcessCpuTracker类测量CPU使用率。它主要是通过读系统的/proc/[pid]/stat文件。里边可以读到进程所占用的时间（user mode和kernel mode）。统计半秒后，排序后输出最占CPU的前几名的stacktrace以便分析谁可能是罪魁祸首。

总得来说，Watchdog是一个软件实现的检测SystemServer进程内死锁或挂起问题，并能够从中恢复的机制。除了Watchdog外，Android中还有一些自检容错及出错信息收集机制，前者有ANR，OOM Killer，init中的重启机制等，后者有Dropbox，Debuggerd，Eventlog，Bugreport等。除此之外，其它的信息查看和调试命令就不计其数了，如dumpsys, dumpstate, showslab, procrank, procmem, latencytop, librank, schedtop, svc, am ,wm, atrace, proc, pm, service, getprop/setprop, logwrapper, input, getevent/sendevent等。充分利用这些工具能够有效提高分析问题的效率。

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