深入分析AMS启动流程-ams启动流程

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前言

AMS(ActivityManagerService)Android的核心服务之一，对于framework各个核心服务，如果不是专门去做framework开发，先了解其基本的流程机制，再慢慢深究;

今天我们就来学习下AMS

一、AMS功能概述

1、AMS介绍

AMS是Android中最核心的服务，主要负责系统中四大组件的启动、切换、调度及应用进程的管理和调度等工作，其职责与操作系统中的进程管理和调度模块相类似，因此它在Android中非常重要;
组件状态管理：包括四大组件的开启，关闭等一系列操作，如startActivity,startActivityAndWait,activityPaused,startService,stopService,removeContentProvider等;
组件状态查询：查询组件当前运行等情况。如getCallingActivity,getService等;
Task相关：包括removeTask,removeSubTask,moveTaskBackwards,moveTaskToFront等;
AMS是通过ActivityStack及其他数据结构来记录，管理系统中的Activity及其他组件状态的，并提供查询功能的一个系统服务;

2、AMS中重要的数据结构

ActivityRecord：记录了Activity的所有信息，因此它用来描述一个activity。它是在activity启动时被创建的，具体是在ActivityStarter的startActivity()中被创建的。它存储的信息主要包括以下内容：

service：AMS的引用
info:ActivityInfo，Activity中代码和AndroidManifest设置的节点信息，如launchMode
launcherFromPackage:启动activity的包名
taskAffinity:activity希望归属的栈
task:TaskRecord，Activity所在的TaskRecord
app:ProcessRecord,ActivityRecord所在的应用程序进程
state:ActivityState,当前activity的状态
icon:Activity的图标资源和标致符
theme:Activity的主题资源标识符

TaskRecord：用来描述一个Activity任务栈

taskId:任务栈的唯一标识符
affinity:任务栈的倾向性
Intent:启动这个activity的intent
mActivites:ArrayList,按照历史顺序排列的Activity记录
mStack:ActivityStack，当前归属的ActivityStack
mService:AMS的引用

ActivityStack：用来管理系统所有的Activity，内部维护了Activity的所有状态，特殊状态的Activity以及和Activity相关的列表等数据;

二、AMS服务的启动流程详解

1、startBootstrapServices

private void startBootstrapServices() { 
        // Activity manager runs the show. 
     mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService( 
                ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService(); 
     mActivityManagerService.setSystemProcess(); 
…… 
     mActivityManagerService.installSystemProviders(); 
…… 
     mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                Slog.i(TAG, "Making services ready"); 
                mSystemServiceManager.startBootPhase( 
                        SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY); 
                try { 
                    mActivityManagerService.startObservingNativeCrashes(); 
                } catch (Throwable e) { 
                    reportWtf("observing native crashes", e); 
                }

SystemServer中关于AMS启动时的几个关键方法，主要分为4个步骤

创建AMS对象，并启动服务
将AMS所在的系统进程，添加到进程管理中去
为系统进程安装ContentProvider对象
在systemReady方法中做善后操作
一个一个的来看先这些方法的作用，这些方法就是AMS的启动和初始化过程;

2、ActivityManagerService

启动ActivityManagerService的方法

mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(

ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

AMS服务同样是通过SystemServiceManager来启动的，那我们首先来看ActivityManagerService.Lifecycle的构造方法，然后在来看它的Start函数;

Lifecycle的构造方法中很简单就是构造一个AMS的对象

mService = new ActivityManagerService(context);

创建AMS对象的时候需要传递一个Context作为参数，那这个mSystemContext是就是上面创建的系统Context;

接着看AMS的构造方法;

public ActivityManagerService(Context systemContext) { 
//系统的context         
mContext = systemContext; 
    //获得系统的ActivityThread 
        mSystemThread = ActivityThread.currentActivityThread(); 
    //创建一个HandlerThread用来处理AMS接收的命令 
        mHandlerThread = new ServiceThread(TAG, 
                android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND, false /*allowIo*/); 
        mHandlerThread.start(); 
        mHandler = new MainHandler(mHandlerThread.getLooper()); 
        mUiHandler = new UiHandler(); 
    //初始化广播的队列 
        mFgBroadcastQueue = new BroadcastQueue(this, mHandler, 
                "foreground", BROADCAST_FG_TIMEOUT, false); 
        mBgBroadcastQueue = new BroadcastQueue(this, mHandler, 
                "background", BROADCAST_BG_TIMEOUT, true); 
        mBroadcastQueues[0] = mFgBroadcastQueue; 
        mBroadcastQueues[1] = mBgBroadcastQueue; 
    //初始化Service相关的容器 
        mServices = new ActiveServices(this); 
    //初始化Provider相关的Map，里面保存了注册的ContentProvider 
        mProviderMap = new ProviderMap(this); 
        //初始化并创建data/system/目录 
        File dataDir = Environment.getDataDirectory(); 
        File systemDir = new File(dataDir, "system"); 
        systemDir.mkdirs(); 
    //初始化电量统计服务相关的信息 
        mBatteryStatsService = new BatteryStatsService(systemDir, mHandler); 
        mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked(); 
        mBatteryStatsService.scheduleWriteToDisk(); 
        mOnBattery = DEBUG_POWER ? true 
                : mBatteryStatsService.getActiveStatistics().getIsOnBattery(); 
        mBatteryStatsService.getActiveStatistics().setCallback(this); 
    //初始化系统统计服务，用于统计系统的运行信息 
        mProcessStats = new ProcessStatsService(this, new File(systemDir, "procstats")); 
        mAppOpsService = new AppOpsService(new File(systemDir, "appops.xml"), mHandler); 
        mGrantFile = new AtomicFile(new File(systemDir, "urigrants.xml")); 
        //创建系统的第一个user,userID为0，该用户具有管理员权限 
        mStartedUsers.put(UserHandle.USER_OWNER, new UserState(UserHandle.OWNER, true)); 
        mUserLru.add(UserHandle.USER_OWNER); 
        updateStartedUserArrayLocked(); 
    //获取opengle的版本 
        GL_ES_VERSION = SystemProperties.getInt("ro.opengles.version", 
            ConfigurationInfo.GL_ES_VERSION_UNDEFINED); 
        //初始化字体语言等配置信息 
        mConfiguration.setToDefaults(); 
        mConfiguration.setLocale(Locale.getDefault()); 
     ……; 
        mRecentTasks = new RecentTasks(this); 
    //初始化StackSupervisor,该类是Activity启动和调度的核心类 
        mStackSupervisor = new ActivityStackSupervisor(this, mRecentTasks); 
        mTaskPersister = new TaskPersister(systemDir, mStackSupervisor, mRecentTasks);

AMS的构造方法主要是在做一些初始化的先关操作;
保存了自己的运行环境的Context和ActivityThread;
AMS负责调度四大组件，所以会初始化broadcast,service和contentProvider相关的变量，接着初始化了电量统计服务，创建了系统的第一个用户，初始化了基本的配置信息，还创建了Activity调度的核心类，因为Activity调度比较复杂，Activity相关的信息初始化会在ActivityStackSupervisor中;

3、start

AMS的start方法。

private void start() { 
     mProcessCpuThread.start(); 
     mBatteryStatsService.publish(mContext); 
     LocalServices.addService(ActivityManagerInternal.class, new LocalService()); 
 }

AMS的start方法很简单，只是启动了几个服务，并把AMS服务自己保存到localService中供程序内部调用;
AMS的构造方法和start方法中做了AMS服务一些变量的初始化和相关服务的初始化。接着看下一个重要的方法setSystemProcess;

4、setSystemProcess

ActivityManagerService的setSystemProcess方法

public void setSystemProcess() { 
        try { 
    //将AMS注册到ServiceManager中 
            ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true); 
    //注册其他服务到ServiceMananger中 
            ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats); 
            ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this)); 
            ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this)); 
            ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this)); 
            if (MONITOR_CPU_USAGE) { 
                ServiceManager.addService("cpuinfo", new CpuBinder(this)); 
            } 
    //注册权限服务到ServiceMananger中 
            ServiceManager.addService("permission", new PermissionController(this)); 
            ServiceManager.addService("processinfo", new ProcessInfoService(this)); 
    //从PMS中查询包名为android的application,即framework-res的Application信息 
            ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo( 
                    "android", STOCK_PM_FLAGS); 
        //将application信息配置到开始创建的activityThread中 
            mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader()); 
            synchronized (this) { 
        //创建了一个ProcessRecord对象，该对象中保存着系统ongoing服务的进程信息 
                ProcessRecord app = newProcessRecordLocked(info, info.processName, false, 0); 
                app.persistent = true; 
                app.pid = MY_PID; 
                app.maxAdj = ProcessList.SYSTEM_ADJ; 
                app.makeActive(mSystemThread.getApplicationThread(), mProcessStats); 
                synchronized (mPidsSelfLocked) { 
        然后将系统进程的processRecord对象也添加到mPidsSelfLocked集合中，和普通应用的进程一样，接收AMS的管理调度 
                    mPidsSelfLocked.put(app.pid, app); 
                } 
        //更细进程管理的调度信息 
                updateLruProcessLocked(app, false, null); 
                updateOomAdjLocked(); 
            }

setSystemProcess方法中，首先将自己AMS服务注册到了ServiceManager中，然后又注册了权限服务等其他的系统服务;
通过先前创建的Context，得到PMS服务，检索framework-res的Application信息，然后将它配置到系统的ActivityThread中;
为了能让AMS同样可以管理调度系统进程，也创建了一个关于系统进程的ProcessRecord对象，ProcessRecord对象保存一个进程的相关信息;
然后将它保存到mPidsSelfLocked集合中方便管理;
AMS具体是如何将检索到的framework-res的application信息，配置到ActivityThread中的，需要继续分析ActivityThread的installSystemApplicationInfo方法;

接着看installSystemApplicationInfo方法

public void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) { 
        synchronized (this) { 
            getSystemContext().installSystemApplicationInfo(info, classLoader); 
        } 
    }

这个方法中最终调用上面创建的SystemContext的installSystemApplication方法，那就接着看ConxtextImpl的installSystemApplication方法。

void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) { 
        mPackageInfo.installSystemApplicationInfo(info, classLoader); 
    }

它有最终调用了mPackageInfo的installSystemApplication方法，mPackageInfo就是在创建Context对象的时候传进来的LoadedApk，里面保存了一个应用程序的基本信息;
setSystemProcess主要就是设置系统集成的一些信息，在这里设置了系统进程的Application信息，创建了系统进程的ProcessRecord对象将其保存在进程集合中，方便AMS管理调度;

5、installSystemProvider

ActivityManagerService的installSystemProvider方法;
Android系统中有很多配置信息都需要保存，这些信息是保存在SettingsProvider中，而这个SettingsProvider也是运行在SystemServer进程中的，由于SystemServer进程依赖SettingsProvider，放在一个进程中可以减少进程间通信的效率损失;
下面就来分析下如何将SettingsProvider.apk也加载到SystemServer进程中;

public final void installSystemProviders() { 
        List<ProviderInfo> providers; 
        synchronized (this) { 
            //找到名称为”System”的进程，就是上一步创建的processRecord对象 
            ProcessRecord app = mProcessNames.get("system", Process.SYSTEM_UID); 
            //找到所有和system进程相关的ContentProvider 
            providers = generateApplicationProvidersLocked(app); 
            if (providers != null) { 
                for (int i=providers.size()-1; i>=0; i--) { 
                    ProviderInfo pi = (ProviderInfo)providers.get(i); 
                    //再次确认进程为system的provider,把不是该进程provider移除 
                    if ((pi.applicationInfo.flags&ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) == 0) { 
                        Slog.w(TAG, "Not installing system proc provider " + pi.name 
                                + ": not system .apk"); 
                        providers.remove(i); 
                    } 
                } 
            } 
        } 
        if (providers != null) { 
            //把provider安装到系统的ActivityThread中 
            mSystemThread.installSystemProviders(providers); 
        } 
        mCoreSettingsObserver = new CoreSettingsObserver(this); 
    }

找到名称为system的进程对象，就是SystemServer进程，然后根据进程对象去查询所有有关的ContentProvider，调用系统进程的主线程ActivityThread安装所有相关的ContentProvider,具体是如何查找相关的contentProvider和如何安装ContentProvider到系统主线程的，接着分析下面两个方法;

private final List<ProviderInfo> generateApplicationProvidersLocked(ProcessRecord app) { 
        List<ProviderInfo> providers = null; 
        try { 
            //调用PMS根据进程ID和进程名称来查询Provider 
            ParceledListSlice<ProviderInfo> slice = AppGlobals.getPackageManager(). 
                queryContentProviders(app.processName, app.uid, 
                        STOCK_PM_FLAGS | PackageManager.GET_URI_PERMISSION_PATTERNS); 
            providers = slice != null ? slice.getList() : null; 
        } catch (RemoteException ex) { 
        } 
        int userId = app.userId; 
        if (providers != null) { 
            int N = providers.size(); 
            for (int i=0; i<N; i++) { 
                ProviderInfo cpi = 
                    (ProviderInfo)providers.get(i); 
               …… 
                ComponentName comp = new ComponentName(cpi.packageName, cpi.name); 
           //从AMS管理的contentProvider列表中查询对应的provider      
ContentProviderRecord cpr = mProviderMap.getProviderByClass(comp, userId); 
                if (cpr == null) { 
                    //如果AMS的Provider列表中没有对应的Provider实例，就根据查询的provider信息，创建一个对象保存到队列中 
                    cpr = new ContentProviderRecord(this, cpi, app.info, comp, singleton); 
                    mProviderMap.putProviderByClass(comp, cpr); 
                } 
               //同时将provider保存到processRecord对象的pubProviders列表中 
                app.pubProviders.put(cpi.name, cpr); 
                …… 
            } 
        } 
        return providers; 
    }

这个方法就是从PMS中查询和SystemServer进程相关的Provider，也就是SettingsProvder，然后将它保存到AMS的contentProvider列表中;
同时也将它保存到系统进程对象ProcessRecord的变量pubProviders列表中，保存到AMS的provider列表中是因为AMS需要管理所有的ContentProvder;
保存到进程对象的pubProviders列表中是因为，每个ContentProvider都需要对应到一个进程中去;
接着看如何将SettingsProvider安装到系统的主进程中去;

private void installContentProviders( 
            Context context, List<ProviderInfo> providers) { 
         …… 
        for (ProviderInfo cpi : providers) { 
            //通过installProvider方法把provider封装成一个ContentProviderHolder对象，有利于进程间传输 
            IActivityManager.ContentProviderHolder cph = installProvider(context, null, cpi, 
                    false /*noisy*/, true /*noReleaseNeeded*/, true /*stable*/); 
            if (cph != null) { 
                cph.noReleaseNeeded = true; 
                results.add(cph); 
            } 
        } 
        try { 
            //将上面得到的contentProviderHolder对象发布到AMS服务，getApplicationThread代表本地进程的一个binder对象，binder对象可跨进程传输，它在AMS中对应一个ProcessRecord. 
            ActivityManagerNative.getDefault().publishContentProviders( 
                getApplicationThread(), results); 
       …… 
    }

该方法将得到的contentProvider对象封装成了contentProviderHolder对象，其实就是Binder对象，这样就可以进程间传输了，然后跨进程调用AMS服务注册Provider;
AMS负责管理ContentProvider，只有将ContentProvider注册到AMS服务其他进程才能访问;
接着看AMS如何注册Provider;

6、publishContentProviders

public final void publishContentProviders(IApplicationThread caller, 
            List<ContentProviderHolder> providers) { 
           …… 
            //根据调用者的进程得到相应的processRecord对象，就是系统进程的ProcessRecord 
            final ProcessRecord r = getRecordForAppLocked(caller); 
           …… 
            final int N = providers.size(); 
            for (int i = 0; i < N; i++) { 
                //ActivityThread客户端传过来的provider src 
                ContentProviderHolder src = providers.get(i); 
                //根据src provider name得到一开始保存的进程中保存的ProciderRecord 
                ContentProviderRecord dst = r.pubProviders.get(src.info.name); 
                if (dst != null) { 
                    ComponentName comp = new ComponentName(dst.info.packageName, dst.info.name); 
                    //按类将它保存在mProviderMap中 
                    mProviderMap.putProviderByClass(comp, dst); 
                    String names[] = dst.info.authority.split(";"); 
                    for (int j = 0; j < names.length; j++) { 
                        //按authority保存在mProviderMap中 
                        mProviderMap.putProviderByName(names[j], dst); 
                    } 
                   …… 
                    }

AMS的注册服务就是根据参数传过来的provider信息，找到原先进程中pubProviders列表中保存的ContentProviderRecord，然后将它分别以类为key保存在mProviderMap中，和以authority为key保存在mProviderMap中;
即AMS提供了多种方案来查找一个ContentProvider，一种是通过authority来查找，一种是指明CompomentName来查找;
此刻位置一个SettingsProvider就正式注册到SystemServer进程中了，所以可以看出installSystemProvider方法的主要工作就是按照普通进程类似的方式，将SettingsProvider注册到系统进程中，方便系统进程对settings的配置数据进行调用;

7、systemReady

ActivityManagerService的systemReady方法

public void systemReady(final Runnable goingCallback) { 
        synchronized(this) { 
            //初始化Doze模式的controller 
            mLocalDeviceIdleController 
                    = LocalServices.getService(DeviceIdleController.LocalService.class); 
        //重置RecentTasks 
            mRecentTasks.clear(); 
            mRecentTasks.addAll(mTaskPersister.restoreTasksLocked()); 
            mRecentTasks.cleanupLocked(UserHandle.USER_ALL); 
            mTaskPersister.startPersisting(); 
            …… 
            //设置systemReady为true 
            mSystemReady = true; 
        } 
        ArrayList<ProcessRecord> procsToKill = null; 
        //收集那些在AMS之前启动的进程 
        synchronized(mPidsSelfLocked) { 
            for (int i=mPidsSelfLocked.size()-1; i>=0; i--) { 
                ProcessRecord proc = mPidsSelfLocked.valueAt(i); 
                if (!isAllowedWhileBooting(proc.info)){ 
                    if (procsToKill == null) { 
                        procsToKill = new ArrayList<ProcessRecord>(); 
                    } 
                    procsToKill.add(proc); 
                } 
            } 
        } 
       //将那些在AMS之前启动的进程杀死，有的进程不能再AMS之前启动 
        synchronized(this) { 
            if (procsToKill != null) { 
                for (int i=procsToKill.size()-1; i>=0; i--) { 
                    ProcessRecord proc = procsToKill.get(i); 
                    Slog.i(TAG, "Removing system update proc: " + proc); 
                    removeProcessLocked(proc, true, false, "system update done"); 
                } 
            } 
        } 
        //从settingsProvider的设置总初始化部分变量 
        retrieveSettings(); 
        //调用callback方法，该方法在systemServer代码中实现 
        if (goingCallback != null) goingCallback.run(); 
                    //查询那些persistent为1的application,并启动他们所在的进程 
                    List apps = AppGlobals.getPackageManager(). 
                        getPersistentApplications(STOCK_PM_FLAGS); 
                    if (apps != null) { 
                        int N = apps.size(); 
                        int i; 
                        for (i=0; i<N; i++) { 
                            ApplicationInfo info 
                                = (ApplicationInfo)apps.get(i); 
                            if (info != null && 
                                    !info.packageName.equals("android")) { 
                                addAppLocked(info, false, null /* ABI override */); 
                            } 
            } 
            //启动HomeActivity，也就是launcher程序 
            mBooting = true; 
            startHomeActivityLocked(mCurrentUserId, "systemReady"); 
           …… 
        } 
    }

SystemReady方法也是比较长，大致可以分为：

第一：在systemReady的时候初始化了deviceIdleController等对象
第二：移除并杀死了那些不该在AMS之前启动的进程
第三：执行了参数传入的回调函数
第四：启动了Launcer界面
第五：启动那些persistent配置为1的进程;
再来看些systemReady参数的回调函数做了什么工作.

try { 
                    //ams开始监听native层的crash信息 
                    mActivityManagerService.startObservingNativeCrashes(); 
                } catch (Throwable e) { 
                    reportWtf("observing native crashes", e); 
                } 
                //初始化webVew 
                WebViewFactory.prepareWebViewInSystemServer(); 
                try { 
                    //启动systemUI 
                    startSystemUi(context); 
                } catch (Throwable e) { 
                    reportWtf("starting System UI", e); 
                } 
                try { 
                    //调用其他服务的systemready方法 
                    if (networkScoreF != null) networkScoreF.systemReady(); 
                } catch (Throwable e) { 
                    reportWtf("making Network Score Service ready", e); 
                }

这个回调函数中主要工作就是启动systemUI并调用其他服务的systemReady方法，SystemReady函数完成了系统就绪的必要的工作，启动了HomeActivity和SystemUI，然后Android系统就全部启动了;

总结

AMS服务启动主要分为几个步骤：

调用AMS的构造方法和start方法，对AMS必要的内容进行初始化;
将函数AMS注册到ServiceManager中，同时对systemServer进程也创建了一个ProcessRecord对象，并设置Context的appliation为framework-res的application对象;
将settingsProvider加载到系统进程systemServer中;
调用systemReady方法做一些启动前的就绪工作，并启动了HomeActivity和SystemUI;

本文转载自微信公众号「Android开发编程」