基于Android 6.0源码， 分析当发生ANR时系统的处理过程
frameworks/base/core/java/android/os/Debug.java
frameworks/base/core/jni/android_os_Debug.cpp
system/core/libcutils/debugger.c
一. ANR场景
无论是四大组件或者进程等只要发生ANR，最终都会调用AMS.appNotResponding()方法，下面从这个方法说起。
以下场景都会触发调用AMS.appNotResponding方法:
- Service Timeout:比如前台服务在20s内未执行完成；
- BroadcastQueue Timeout：比如前台广播在10s内未执行完成
- InputDispatching Timeout: 输入事件分发超时5s，包括按键和触摸事件。
二. appNotResponding处理流程
1. AMS.appNotResponding
final void appNotResponding(ProcessRecord app, ActivityRecord activity, ActivityRecord parent, boolean aboveSystem, final String annotation) {
...
updateCpuStatsNow(); //第一次 更新cpu统计信息
synchronized (this) {
//PowerManager.reboot() 会阻塞很长时间，因此忽略关机时的ANR
if (mShuttingDown) {
return;
} else if (app.notResponding) {
return;
} else if (app.crashing) {
return;
}
//记录ANR
EventLog.writeEvent(EventLogTags.AM_ANR, app.userId, app.pid,
app.processName, app.info.flags, annotation);
// 将当前进程添加到firstPids
firstPids.add(app.pid);
int parentPid = app.pid;
//将system_server进程添加到firstPids
if (MY_PID != app.pid && MY_PID != parentPid) firstPids.add(MY_PID);
for (int i = mLruProcesses.size() - 1; i >= 0; i--) {
ProcessRecord r = mLruProcesses.get(i);
if (r != null && r.thread != null) {
int pid = r.pid;
if (pid > 0 && pid != app.pid && pid != parentPid && pid != MY_PID) {
if (r.persistent) {
firstPids.add(pid); //将persistent进程添加到firstPids
} else {
lastPids.put(pid, Boolean.TRUE); //其他进程添加到lastPids
}
}
}
}
}
// 记录ANR输出到main log
StringBuilder info = new StringBuilder();
info.setLength(0);
info.append("ANR in ").append(app.processName);
if (activity != null && activity.shortComponentName != null) {
info.append(" (").append(activity.shortComponentName).append(")");
}
info.append("\n");
info.append("PID: ").append(app.pid).append("\n");
if (annotation != null) {
info.append("Reason: ").append(annotation).append("\n");
}
if (parent != null && parent != activity) {
info.append("Parent: ").append(parent.shortComponentName).append("\n");
}
//创建CPU tracker对象
final ProcessCpuTracker processCpuTracker = new ProcessCpuTracker(true);
//输出traces信息【见小节2】
File tracesFile = dumpStackTraces(true, firstPids, processCpuTracker,
lastPids, NATIVE_STACKS_OF_INTEREST);
updateCpuStatsNow(); //第二次更新cpu统计信息
//记录当前各个进程的CPU使用情况
synchronized (mProcessCpuTracker) {
cpuInfo = mProcessCpuTracker.printCurrentState(anrTime);
}
//记录当前CPU负载情况
info.append(processCpuTracker.printCurrentLoad());
info.append(cpuInfo);
//记录从anr时间开始的Cpu使用情况
info.append(processCpuTracker.printCurrentState(anrTime));
//输出当前ANR的reason，以及CPU使用率、负载信息
Slog.e(TAG, info.toString());
//将traces文件 和 CPU使用率信息保存到dropbox，即data/system/dropbox目录
addErrorToDropBox("anr", app, app.processName, activity, parent, annotation,
cpuInfo, tracesFile, null);
synchronized (this) {
...
//后台ANR的情况, 则直接杀掉
if (!showBackground && !app.isInterestingToUserLocked() && app.pid != MY_PID) {
app.kill("bg anr", true);
return;
}
//设置app的ANR状态，病查询错误报告receiver
makeAppNotRespondingLocked(app,
activity != null ? activity.shortComponentName : null,
annotation != null ? "ANR " + annotation : "ANR",
info.toString());
//重命名trace文件
String tracesPath = SystemProperties.get("dalvik.vm.stack-trace-file", null);
if (tracesPath != null && tracesPath.length() != 0) {
//traceRenameFile = "/data/anr/traces.txt"
File traceRenameFile = new File(tracesPath);
String newTracesPath;
int lpos = tracesPath.lastIndexOf (".");
if (-1 != lpos)
// 新的traces文件= /data/anr/traces_进程名_当前日期.txt
newTracesPath = tracesPath.substring (0, lpos) + "_" + app.processName + "_" + mTraceDateFormat.format(new Date()) + tracesPath.substring (lpos);
else
newTracesPath = tracesPath + "_" + app.processName;
traceRenameFile.renameTo(new File(newTracesPath));
}
//弹出ANR对话框
Message msg = Message.obtain();
HashMap<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
msg.what = SHOW_NOT_RESPONDING_MSG;
msg.obj = map;
msg.arg1 = aboveSystem ? 1 : 0;
map.put("app", app);
if (activity != null) {
map.put("activity", activity);
}
//向ui线程发送，内容为SHOW_NOT_RESPONDING_MSG的消息
mUiHandler.sendMessage(msg);
}
}
当发生ANR时, 会按顺序依次执行:
- 输出ANR Reason信息;
- 收集并输出重要进程列表中的各个线程的traces信息，该方法较耗时; 【见小节2】
- 输出当前各个进程的CPU使用情况以及CPU负载情况;
- 将traces文件和 CPU使用情况信息保存到dropbox，即data/system/dropbox目录
- 根据进程类型,来决定直接后台杀掉,还是弹框告知用户.
ANR输出重要进程的traces信息，这些进程包含:
- firstPids队列：第一个是ANR进程，第二个是system_server，剩余是所有persistent进程；
- Native队列：是指/system/bin/目录的mediaserver,sdcard 以及surfaceflinger进程；
- lastPids队列: 是指mLruProcesses中的不属于firstPids的所有进程。
2. AMS.dumpStackTraces
public static File dumpStackTraces(boolean clearTraces, ArrayList<Integer> firstPids, ProcessCpuTracker processCpuTracker, SparseArray<Boolean> lastPids, String[] nativeProcs) {
//默认为 data/anr/traces.txt
String tracesPath = SystemProperties.get("dalvik.vm.stack-trace-file", null);
if (tracesPath == null || tracesPath.length() == 0) {
return null;
}
File tracesFile = new File(tracesPath);
try {
//当clearTraces，则删除已存在的traces文件
if (clearTraces && tracesFile.exists()) tracesFile.delete();
//创建traces文件
tracesFile.createNewFile();
FileUtils.setPermissions(tracesFile.getPath(), 0666, -1, -1);
} catch (IOException e) {
return null;
}
//输出trace内容【见小节3】
dumpStackTraces(tracesPath, firstPids, processCpuTracker, lastPids, nativeProcs);
return tracesFile;
}
这里会保证data/anr/traces.txt文件内容是全新的方式，而非追加。
3. AMS.dumpStackTraces
private static void dumpStackTraces(String tracesPath, ArrayList<Integer> firstPids, ProcessCpuTracker processCpuTracker, SparseArray<Boolean> lastPids, String[] nativeProcs) {
FileObserver observer = new FileObserver(tracesPath, FileObserver.CLOSE_WRITE) {
@Override
public synchronized void onEvent(int event, String path) { notify(); }
};
try {
observer.startWatching();
//首先，获取最重要进程的stacks
if (firstPids != null) {
try {
int num = firstPids.size();
for (int i = 0; i < num; i++) {
synchronized (observer) {
//向目标进程发送signal来输出traces
Process.sendSignal(firstPids.get(i), Process.SIGNAL_QUIT);
observer.wait(200); //等待直到写关闭，或者200ms超时
}
}
} catch (InterruptedException e) {
Slog.wtf(TAG, e);
}
}
//下一步，获取native进程的stacks
if (nativeProcs != null) {
int[] pids = Process.getPidsForCommands(nativeProcs);
if (pids != null) {
for (int pid : pids) {
//输出native进程的trace【见小节4】
Debug.dumpNativeBacktraceToFile(pid, tracesPath);
}
}
}
if (processCpuTracker != null) {
processCpuTracker.init();
System.gc();
processCpuTracker.update();
synchronized (processCpuTracker) {
processCpuTracker.wait(500); //等待500ms
}
//测量CPU使用情况
processCpuTracker.update();
//从lastPids中选取CPU使用率 top 5的进程，输出这些进程的stacks
final int N = processCpuTracker.countWorkingStats();
int numProcs = 0;
for (int i=0; i<N && numProcs<5; i++) {
ProcessCpuTracker.Stats stats = processCpuTracker.getWorkingStats(i);
if (lastPids.indexOfKey(stats.pid) >= 0) {
numProcs++;
synchronized (observer) {
Process.sendSignal(stats.pid, Process.SIGNAL_QUIT);
observer.wait(200);
}
}
}
}
} finally {
observer.stopWatching();
}
}
该方法的主要功能，依次输出：
- 收集firstPids进程的stacks；
- 第一个是发生ANR进程；
- 第二个是system_server；
- mLruProcesses中所有的persistent进程；
- 收集Native进程的stacks；(dumpNativeBacktraceToFile)
- 依次是mediaserver,sdcard,surfaceflinger进程；
- 收集lastPids进程的stacks;；
- 依次输出CPU使用率top 5的进程；
Tips: firstPids列表中的进程, 两个进程之间会休眠200ms, 可见persistent进程越多,则时间越长. 出top 5进程的traces过程中, 同样是间隔200ms, 另外进程使用情况的收集也是比较耗时.
4. dumpNativeBacktraceToFile
Debug.dumpNativeBacktraceToFile(pid, tracesPath)经过JNI调用如下方法：
static void android_os_Debug_dumpNativeBacktraceToFile(JNIEnv* env, jobject clazz, jint pid, jstring fileName) {
...
const jchar* str = env->GetStringCritical(fileName, 0);
String8 fileName8;
if (str) {
fileName8 = String8(reinterpret_cast<const char16_t*>(str),
env->GetStringLength(fileName));
env->ReleaseStringCritical(fileName, str);
}
//打开/data/anr/traces.txt
int fd = open(fileName8.string(), O_CREAT | O_WRONLY | O_NOFOLLOW, 0666); /* -rw-rw-rw- */
if (fd < 0) {
fprintf(stderr, "Can't open %s: %s\n", fileName8.string(), strerror(errno));
return;
}
if (lseek(fd, 0, SEEK_END) < 0) {
fprintf(stderr, "lseek: %s\n", strerror(errno));
} else {
//【见小节5】
dump_backtrace_to_file(pid, fd);
}
close(fd);
}
5. dump_backtrace_to_file
[-> debugger.c]
int dump_backtrace_to_file(pid_t tid, int fd) {
return dump_backtrace_to_file_timeout(tid, fd, 0);
}
int dump_backtrace_to_file_timeout(pid_t tid, int fd, int timeout_secs) {
//通过socket向服务端发送dump backtrace的请求
int sock_fd = make_dump_request(DEBUGGER_ACTION_DUMP_BACKTRACE, tid, timeout_secs);
if (sock_fd < 0) {
return -1;
}
int result = 0;
char buffer[1024];
ssize_t n;
//阻塞等待，从sock_fd中读取到服务端发送过来的数据，并写入buffer
while ((n = TEMP_FAILURE_RETRY(read(sock_fd, buffer, sizeof(buffer)))) > 0) {
//再将buffer数据输出到traces.txt文件
if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(fd, buffer, n)) != n) {
result = -1;
break;
}
}
close(sock_fd);
return result;
}
可见，这个过程主要是通过向debuggerd守护进程发送命令DEBUGGER_ACTION_DUMP_BACKTRACE， debuggerd收到该命令，在子进程中调用 dump_backtrace()来输出backtrace，更多内容见Native进程之Trace原理。
三. 总结
触发ANR时系统会输出关键信息：(这个较耗时,可能会有10s)
- 将am_anr信息,输出到EventLog.(ANR开始起点,可以EventLog)
- 获取重要进程trace信息，保存到/data/anr/traces.txt；
- Java进程的traces;
- Native进程的traces;
- ANR reason以及CPU使用情况信息，输出到main log;
- 再将CPU使用情况和进程trace文件信息，再保存到/data/system/dropbox；
整个过程中进程Trace的输出是最为核心的环节，Java和Native进程采用不同的策略，如下：
| 进程类型 | trace命令 | 文章 | 描述 |
| Java | kill -3 [pid] | ART虚拟机之Trace原理 | 不适用于Native进程 |
| Native | debuggerd -b [pid] | Native进程之Trace原理 | 也适用于Java进程 |
说明：kill -3命令需要虚拟机的支持，所以无法输出Native进程traces.而debuggerd -b [pid]也可用于Java进程，但信息量远没有kill -3多。 总之，ANR信息最为重要的是dropbox信息，比如system_server_anr。
重要节点：
- 进程名：cat /proc//cmdline
- 线程名：cat /proc//comm
- Kernel栈：cat /proc/[tid]/stack
- Native栈： 解析/proc/%d/maps
