Zygote进程浅析

简介

zygote是受精卵的意思，它是Android中的一个非常重要的守护进程服务(Daem Service),所有的其他Dalvik虚拟机进程都是通过zygote孵化（fork）出来的。Android应用程序是由Java语言编写的，运行在各自独立的Dalvik虚拟机中。如果每个应用程序在启动之时都需要单独运行和初始化一个虚拟机，会大大降低系统性能，因此Android首先创建一个zygote虚拟机，然后通过它孵化出其他的虚拟机进程，进而共享虚拟机内存和框架层资源，这样大幅度提高应用程序的启动和运行速度。

Zygote是Android中最重要的一个进程，和Init进程，SystemServer进程是支撑Android世界的三极。Zygote进程在Init进程中以service的方式启动的。

启动流程

ZygoteInit类负责Zygote进程Java的初始化工作，首先来看下ZygoteInit类的入口main()方法：

 public static void main(String argv[]) {    // Mark zygote start. This ensures that thread creation will throw    // an error.    ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();    try {        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "ZygoteInit");//开启DDMS        RuntimeInit.enableDdms();        // Start profiling the zygote initialization.        SamplingProfilerIntegration.start();....       //1）注册zygote的socket监听端口        registerZygoteSocket(socketName);        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "ZygotePreload");        EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,            SystemClock.uptimeMillis());//2)预加载系统资源        preload();        EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,            SystemClock.uptimeMillis());        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);        ....//3）启动startServier进程        if (startSystemServer) {            startSystemServer(abiList, socketName);        }        Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");//4）进入监听和接受消息的循环        runSelectLoop(abiList);        closeServerSocket();    } catch (MethodAndArgsCaller caller) {        caller.run();    } catch (RuntimeException ex) {    }}

主要做了以下几件事：1）注册zygote的socket端口监听；2）预加载系统资源；3）启动SystemServer进程；4）进入监听和接受消息的循环；依次看下这四个方法：

1）registerZygoteSocket()方法

private static void registerZygoteSocket(String socketName) {    if (sServerSocket == null) {        int fileDesc;        final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;        try {            String env = System.getenv(fullSocketName);            fileDesc = Integer.parseInt(env);        }        try {            FileDescriptor fd = new FileDescriptor();            fd.setInt$(fileDesc);            sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);        }     }}

创建一个本地的socket,然后等待调用runSelectLoop()来进入等待socket等待连接的循环中；

2）预加载系统资源，preload()方法；
先来看下Android应用进程共享内存图

通过上图可以很容易理解在Zygote进程预加载系统资源后，然后通过它孵化出其他的虚拟机进程，进而共享虚拟机内存和框架层资源，这样大幅度提高应用程序的启动和运行速度。现在来看下preload()方法;

 static void preload() {    Log.d(TAG, "begin preload");    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "BeginIcuCachePinning");    beginIcuCachePinning();    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadClasses");//2.1)预加载系统类    preloadClasses();    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadResources");//2.2）预加载系统资源    preloadResources();    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadOpenGL");//预加载OpenGL资源    preloadOpenGL();    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);//2.3）预加载共享的so库    preloadSharedLibraries();    preloadTextResources();    // Ask the WebViewFactory to do any initialization that must run in the zygote process,    // for memory sharing purposes.//预加载WebView资源库    WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();    endIcuCachePinning();    warmUpJcaProviders();    Log.d(TAG, "end preload");}

主要是预加载各种系统资源，主要看下2.1）预加载系统类；2.2）预加载系统资源；2.3）预加载so库

2.1 preloadClasses();

private static final String PRELOADED_CLASSES = "/system/etc/preloaded-classes"; private static void preloadClasses() {    final VMRuntime runtime = VMRuntime.getRuntime();    InputStream is;    try {        is = new FileInputStream(PRELOADED_CLASSES);    } catch (FileNotFoundException e) {        Log.e(TAG, "Couldn't find " + PRELOADED_CLASSES + ".");        return;    }   ....    float defaultUtilization = runtime.getTargetHeapUtilization();    runtime.setTargetHeapUtilization(0.8f);    try {        BufferedReader br= new BufferedReader(new InputStreamReader(is), 256);        int count = 0;        String line;        while ((line = br.readLine()) != null) {            // Skip comments and blank lines.            line = line.trim();            if (line.startsWith("#") || line.equals("")) {                continue;            }         ......            try {                          //装载Java类信息                Class.forName(line, true, null);                count++;            } catch (ClassNotFoundException e) {}      .....                } finally {        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadDexCaches");        runtime.preloadDexCaches();        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);    }}

去读PRELOADED_CLASSES文件下的文件，得到InputStream对象，在转换为BufferedReader，逐行读取文件的内容，每行通过trim(),过滤掉空行，然后调用 Class.forName()方法，加载Java类信息，而不是创建一个对象；

2.2 preloadResources();预加载系统资源

private static void preloadResources() {    final VMRuntime runtime = VMRuntime.getRuntime();    try {        mResources = Resources.getSystem();        mResources.startPreloading();        if (PRELOAD_RESOURCES) {           //加载系统Drawable资源            TypedArray ar = mResources.obtainTypedArray(com.android.internal.R.array.preloaded_drawables);            int N = preloadDrawables(ar);            ar.recycle();            //加载系统颜色资源            ar = mResources.obtainTypedArray(com.android.internal.R.array.preloaded_color_state_lists);            N = preloadColorStateLists(ar);            ar.recycle();            }        mResources.finishPreloading();    } catch (RuntimeException e) {    }}

2.3 preloadSharedLibraries();加载系统共享so库

private static void preloadSharedLibraries() {    Log.i(TAG, "Preloading shared libraries...");    System.loadLibrary("android");    System.loadLibrary("compiler_rt");    System.loadLibrary("jnigraphics");}

3 startSystemServer() 启动SystemServer进程

private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)        throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {    ....  //3.1 为启动SystemServer进程准备参数    String args[] = {        "--setuid=1000",        "--setgid=1000",        "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",        "--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,        "--nice-name=system_server",        "--runtime-args",        "com.android.server.SystemServer",    };    ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;    int pid;    try {        parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);        ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);        ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);//3.2 fork出SystemServer进程        /* Request to fork the system server process */        pid = Zygote.forkSystemServer(                parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,                parsedArgs.gids,                parsedArgs.debugFlags,                null,                parsedArgs.permittedCapabilities,                parsedArgs.effectiveCapabilities);    } catch (IllegalArgumentException ex) {        throw new RuntimeException(ex);    }    /* For child process */    if (pid == 0) {        if (hasSecondZygote(abiList)) {            waitForSecondaryZygote(socketName);        }//3.3 fork出SystemServer进程之后，初始化SystemServer进程        handleSystemServerProcess(parsedArgs);    }    return true;}

主要做了三件事，3.1）为启动SystemServer进程准备参数，可以看到SystemServer的进程Id和组Id均为1000，SystemServer的执行类是com.android.server.SystemServer；3.2）fork出SystemServer进程；3.3）fork出SystemServer进程之后，初始化SystemServer进程；

看下handleSystemServerProcess()方法

 private static void handleSystemServerProcess( ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {//关闭zygote的socket    closeServerSocket();//设置umask为0077；只有SystemServer进程可以访问；    // set umask to 0077 so new files and directories will default to owner-only permissions.    Os.umask(S_IRWXG | S_IRWXO);//由3.1可以看出nice-name=system_server，设置进程的名称为system_server；    if (parsedArgs.niceName != null) {        Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);    }    final String systemServerClasspath = Os.getenv("SYSTEMSERVERCLASSPATH");    if (systemServerClasspath != null) {        performSystemServerDexOpt(systemServerClasspath);    }//由3.1可以看出invokeWith为null;    if (parsedArgs.invokeWith != null) {            } else {        ClassLoader cl = null;        if (systemServerClasspath != null) {            cl = createSystemServerClassLoader(systemServerClasspath,                                               parsedArgs.targetSdkVersion);            Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);        }                RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);    }}

4）runSelectLoop()方法

private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {    ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();    ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();    fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());    peers.add(null);    while (true) {        StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];        for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {            pollFds[i] = new StructPollfd();            pollFds[i].fd = fds.get(i);            pollFds[i].events = (short) POLLIN;        }        try {            Os.poll(pollFds, -1);        } catch (ErrnoException ex) {            throw new RuntimeException("poll failed", ex);        }        for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {            if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {                continue;            }//4.1）接受连接请求            if (i == 0) {                ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);                peers.add(newPeer);                fds.add(newPeer.getFileDesciptor());//4.2) 接受消息            } else {                boolean done = peers.get(i).runOnce();                if (done) {                    peers.remove(i);                    fds.remove(i);                }            }        }    }}

主要做了两件事4.1）接受连接请求；i=0,说明请求连接的事件过来了，调用acceptCommandPeer()和客户端建立socket连接，然后加入监听数组，等待这个socket上命令的到来；4.2）接受消息；i>0 说明已经连接上的socket已经有数据到了，调用ZygoteConnection类的runOnce()方法处理完成后，会断开和客户端的连接，并且从监听数组中移除；

以上就是Zygote进程的启动流程和在main()方法中主要做的四件事的解析，如有问题，请多指教，谢谢！

Android FrameWork的文章现在有很多，相关的书籍也有不少，都写的很通俗易懂，我写相关的文章主要是为了记录在学习FrameWork过程中的点滴。

参考文档

刘超《深入解析Android5.0》第八章支撑Android世界的一极 --Zygote进程
刘超《深入解析Android5.0》第十章Android系统的核心之一 --SystemServer进程
杨云君《Android的设计与实现卷I》第4章 Android启动过程的上层实现

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