系统中的大管家—SystemServer进程-windows服务主进程

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前言

上篇说到Android系统的启动流程，Zygote进程fork的第一个进程就是SystemServer进程。

这个进程负责启动和管理JavaFramework层，也就是提供了框架层的很多服务，比如我们熟知的AMS，PMS，WMS，还有DisplayManagerService、CameraService等等，也就是说它掌握了Android系统中的命脉，是Android系统中的大管家。

一起瞅瞅吧～

(本文源码基于Android9.0)

诞生

之前在Android系统的启动过程中???说到，SystemServer进程是由Zygote进程fork而来。

fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，可以理解为COPY了一个进程出来，而这个新进程就是它的子进程。

而关于SystemServer的诞生，还要从ZygoteInit的forkSystemServer方法说起...(只保留主要代码)

private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName, 
           ZygoteServer zygoteServer) { 
       //...  
 
       // 1 
       int pid; 
       pid = Zygote.forkSystemServer( 
                   parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, 
                   parsedArgs.gids, 
                   parsedArgs.runtimeFlags, 
                   null, 
                   parsedArgs.permittedCapabilities, 
                   parsedArgs.effectiveCapabilities); 
 
       /* For child process */ 
       if (pid == 0) { 
           //2 
           zygoteServer.closeServerSocket(); 
           //3 
           return handleSystemServerProcess(parsedArgs); 
       } 
 
       return true; 
   } 
 
   /** 
    * Finish remaining work for the newly forked system server process. 
    */ 
   private static Runnable handleSystemServerProcess(ZygoteConnection.Arguments parsedArgs) { 
 
           //...  
 
           /* 
            * Pass the remaining arguments to SystemServer. 
            */ 
           ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl); 
   } 
 
 
   public static final Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) { 
       //... 
 
    //4  
       RuntimeInit.commonInit(); 
       //5 
       ZygoteInit.nativeZygoteInit(); 
       //6 
       return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); 
   }

startSystemServer方法中：

1、调用forkSystemServer方法创建了子进程——SystemServer进程。
2、fork之后，这里判断了fork的返回值pid是否等于0，如果等于0，就代表fork成功，就处在SystemServer进程中了。然后关闭了从Zygote进程fork带来的Socket对象。
3、然后调用了handleSystemServerProcess方法，并最终走到zygoteInit，做了一些新进程的初始化工作。

zygoteInit方法中：

4、commonInit方法就是做了一些进程通用的初始化工作,比如设置时区，重置log配置。
5、nativeZygoteInit方法通过JNI会走到native层，主要的工作就是创建了新的Binder线程池，这样SystemServer才能和各大app进程进行通信。
6、applicationInit方法，最终会走到findStaticMain方法中，通过反射调用SystemServer类的main方法，简单贴下代码：

protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv, 
           ClassLoader classLoader) { 
       Class<?> cl; 
 
       try { 
           cl = Class.forName(className, true, classLoader); 
       }  
       //... 
 
       Method m; 
       try { 
           m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class }); 
       }  
       //... 
      
       return new MethodAndArgsCaller(m, argv); 
   }

工作

SystemServer进程创建出来了，并且做了一些初始化工作，接下来就来到了main方法了，顾名思义，肯定要开始正经主要的工作了。

public static void main(String[] args) { 
        new SystemServer().run(); 
    } 
 
 
    private void run() { 
        try { 
            //... 
 
            // 1 
            android.os.Process.setThreadPriority( 
                android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND); 
            android.os.Process.setCanSelfBackground(false); 
 
            Looper.prepareMainLooper(); 
            Looper.getMainLooper().setSlowLogThresholdMs( 
                    SLOW_DISPATCH_THRESHOLD_MS, SLOW_DELIVERY_THRESHOLD_MS); 
 
            // 2 
            System.loadLibrary("android_servers"); 
 
            // 3 
            performPendingShutdown(); 
 
            // 4 
            createSystemContext(); 
 
            // 5 
            mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext); 
            mSystemServiceManager.setStartInfo(mRuntimeRestart, 
                    mRuntimeStartElapsedTime, mRuntimeStartUptime); 
            LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager); 
            // Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelized 
            SystemServerInitThreadPool.get(); 
        } finally { 
            traceEnd();  
        } 
 
        //... 
 
        // Start services. 
        try { 
            //6 
            startBootstrapServices(); 
            //7 
            startCoreServices(); 
            //8 
            startOtherServices(); 
            SystemServerInitThreadPool.shutdown(); 
        }  
 
        //... 
 
        // Loop forever. 
        Looper.loop(); 
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); 
    }

1、准备主线程，Looper。
2、加载动态库。
3、检测上次关机过程是否失败。
4、初始化系统上下文。

private void createSystemContext() { 
        ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain(); 
        mSystemContext = activityThread.getSystemContext(); 
        mSystemContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME); 
 
        final Context systemUiContext = activityThread.getSystemUiContext(); 
        systemUiContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME); 
    }

在这个方法中，创建了ActivityThread类，获取了上下文，并设置了一些系统主题。

5、创建SystemServiceManager，用于后续的系统服务管理创建等工作。

run方法最后的工作就是启动三个服务类型的服务，也是我们重点关注的，分别是引导服务，核心服务，其他服务。

这些服务一共有100多个，关系着Android整个应用生态，下面我们具体说下。

6、启动引导服务

private void startBootstrapServices() { 
 
        //安装APK服务 
        traceBeginAndSlog("StartInstaller"); 
        Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class); 
        traceEnd(); 
 
        //AMS，负责四大组件的启动调度等工作 
        mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService( 
                ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService(); 
        mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager); 
        mActivityManagerService.setInstaller(installer); 
        traceEnd(); 
 
 
        // 管理和显示背光LED等服务 
        traceBeginAndSlog("StartLightsService"); 
        mSystemServiceManager.startService(LightsService.class); 
        traceEnd(); 
 
        //PMS,负责APK安装，解析卸载等工作 
        traceBeginAndSlog("StartPackageManagerService"); 
        mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer, 
                mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore); 
        mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot(); 
        mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager(); 
        traceEnd(); 
 
        //... 
 
    }

引导服务中，有几个我们毕竟熟悉的，比如AMS、PMS。

7、启动核心服务

private void startCoreServices() { 
        traceBeginAndSlog("StartBatteryService"); 
        // 管理电池相关服务 
        mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class); 
        traceEnd(); 
 
        // 收集用户使用时长服务 
        traceBeginAndSlog("StartUsageService"); 
        mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class); 
        mActivityManagerService.setUsageStatsManager( 
                LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class)); 
        traceEnd(); 
 
        // Webview更新服务 
        if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_WEBVIEW)) { 
            traceBeginAndSlog("StartWebViewUpdateService"); 
            mWebViewUpdateService = mSystemServiceManager.startService(WebViewUpdateService.class); 
            traceEnd(); 
        } 
 
        //... 
    }

8、启动其他服务

private void startOtherServices() { 
   //... 
  
            //电话管理服务 
            traceBeginAndSlog("StartTelephonyRegistry"); 
            telephonyRegistry = new TelephonyRegistry(context); 
            ServiceManager.addService("telephony.registry", telephonyRegistry); 
            traceEnd();     
 
 
            //WMS,窗口管理服务，也是打交道比较多的 
            traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService"); 
            ConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE); 
            mSensorServiceStart = null; 
            wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, 
                    mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL, 
                    !mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager()); 
            ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm, /* allowIsolated= */ false, 
                    DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PROTO); 
            ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager, 
                    /* allowIsolated= */ false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL); 
            traceEnd(); 
 
 
            //输入事件管理服务 
            traceBeginAndSlog("StartInputManager"); 
            inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputMonitor()); 
            inputManager.start(); 
            traceEnd();      
 
            //...      
}

启动了这么多服务，我们再看一下服务都是怎么具体启动的：

public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) { 
       try { 
           final String name = serviceClass.getName(); 
 
           // Create the service. 
           final T service; 
           try { 
               Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class); 
               service = constructor.newInstance(mContext); 
           } //... 
           startService(service); 
           return service; 
       } finally { 
           Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER); 
       } 
   } 
 
   // 所有系统服务的集合 
   private final ArrayList<SystemService> mServices = new ArrayList<SystemService>();     
 
   public void startService(@NonNull final SystemService service) { 
       // Register it. 
       mServices.add(service); 
       // Start it. 
       long time = SystemClock.elapsedRealtime(); 
       try { 
           service.onStart(); 
       } catch (RuntimeException ex) { 
           throw new RuntimeException("Failed to start service " + service.getClass().getName() 
                   + ": onStart threw an exception", ex); 
       } 
       warnIfTooLong(SystemClock.elapsedRealtime() - time, service, "onStart"); 
   }

可以看到，首先通过反射创建了对应的Service类，然后把对应的Service加入到mServices集合中，完成注册。然后调用onStart方法启动对应的Service，完成初始化工作。

到这里，SystemServer的启动工作就完成了，再来回顾下，这个过程，到底干了些啥?

首先，Zygote fork了SystemServer这个子进程，然后关闭了原有的socket，创建了新的Binder线程池。
其次，做了一些初始化工作，创建了Context对象，创建了SystemServiceManager类，用于管理所有的系统服务。
最后，启动了三类系统服务，分别是引导服务，核心服务和其他服务。

体系知识延伸

Socket和Binder

我们注意到，在SystemServer被fork出来之后，做了一个操作就是关闭了Sokcet，启动了Binder线程池用于进程间通信。问题来了，为啥Zygote进程是用Socket通信，而SystemServer进程是用Binder进行通信呢?

其实这是两个问题，第一个问题是问为什么Android获取系统服务是用的Binder进程通信呢?

这就涉及到Binder的知识点了，Binder之所以被设计出来，就是因为它有区别于其他IPC方式的两大优点：

性能高，效率高：传统的IPC(套接字、管道、消息队列)需要拷贝两次内存、Binder只需要拷贝一次内存、共享内存不需要拷贝内存。
安全性好：接收方可以从数据包中获取发送发的进程Id和用户Id，方便验证发送方的身份，其他IPC想要实验只能够主动存入，但是这有可能在发送的过程中被修改。

第二个问题就是，为什么Zygote进程不用Binder而用Socket通信呢?这也是wanAndroid中的一个问题：

每日一问 | Activity启动流程中，大部分都是用Binder通讯，为啥跟Zygote通信的时候要用socket呢?(https://www.wanandroid.com/wenda/show/10482)

评论区主要有以下观点：

ServiceManager不能保证在zygote起来的时候已经初始化好，所以无法使用Binder。
Socket 的所有者是 root，只有系统权限用户才能读写，多了安全保障。
Binder工作依赖于多线程，但是fork的时候是不允许存在多线程的，多线程情况下进程fork容易造成死锁，所以就不用Binder了。

Binder线程池

Binder线程池到底是什么?之前有读者也问过类似的问题。

Binder线程池位于服务端，它的主要作用就是将每个业务模块的Binder请求统一转发到远程Servie中去执行，从而避免了重复创建Service的过程。也就是服务端只有一个，但是可以处理多个不同客户端的Binder请求。

AMS，PMS，WMS

在SystemServer进程启动的过程中，也启动了很多系统服务，其中就包括和应用交互比较多的三个服务：

AMS，ActivityManagerService,负责四大组件的启动，切换，调度工作。
PMS，PackageManagerService，负责APK的安装，解析，卸载工作。
WMS，WindowManagerService，负责窗口启动，添加，删除等工作。

参考

《Android进阶解密》 https://www.wanandroid.com/wenda/show/10482 https://blog.csdn.net/yiranfeng/article/details/103550262