ActivityManagerService的启动过程

2019年4月12日 325次阅读 来源: Leo的银弹

AMS对象随系统进程启动而构建，随着系统进程退出而消亡，可以说，AMS与系统进程共存亡。

先上一张总的启动时序图:

《ActivityManagerService的启动过程》

上图分为三个步骤:

  1. 初始化系统进程的运行环境;
  2. 初始化AMS对象;
  3. AMS对象启动的配套工作。

1.初始化系统进程的运行环境

SystemServer是我们理解Android系统进程的入口，它的初始化是从Native层开始的:Zygote从Native层调用SystemServer的main()函数，便开始了SystemServer的初始化。初始化很重要的一个步骤就是创建系统进程的运行环境，即创建一个SystemContext，调用关系如下所示：

SystemServer.main()      // Zygote会从Native层调用该方法，进入SystemServer的执行代码
└── SystemServer.run()  // SystemServer一旦运行起来，就一直循环处理消息队列中的消息
    └── SystemServer.createSystemContext()  // 创建SystemContext

SystemContext到底是什么呢？说到底，它还是一个Context类型的对象，需要借助于ActivityThread才能获取到：

// SystemServer.createSystemContext() private void createSystemContext() { ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain(); mSystemContext = activityThread.getSystemContext(); mSystemContext.setTheme(android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar); }

ActivityThread.systemMain()函数用于创建系统进程的主线程,方法主体很简单，创建了一个新的ActivityThread对象，并调用了attach()方法，输入参数是true，表示需要将其绑定到系统进程。

应用进程创建ActivityThread对象是通过ActivityThread.main()函数完成的。由于系统进程的特殊性，专辟了一个systemMain()函数给系统进程。

public static ActivityThread systemMain() { ... // 省略硬件渲染相关配置的代码 ActivityThread thread = new ActivityThread(); thread.attach(true); return thread; }

接下来，我们来着重分析一下ActivityThread.attach()函数：

private void attach(boolean system) { sCurrentActivityThread = this; mSystemThread = system; if (!system) { ... // 绑定应用进程，本例仅讨论绑定系统进程，故省略之 } else { // 设置进程名为system_process android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("system_process", UserHandle.myUserId()); try { mInstrumentation = new Instrumentation(); ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext( this, getSystemContext().mPackageInfo); mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null); mInitialApplication.onCreate(); } catch (Exception e) { ... // 省略抛出异常的代码 } } // 设置与输出日志相关的Dropbox DropBox.setReporter(new DropBoxReporter()); ViewRootImpl.addConfigCallback( ... // ); }

在上面的函数实现中，会创建几个很重要的对象：

  • mInstrumentation： 工具类，主要用于测试，与AndroidManifest.xml中<instrumentation>对应;

  • context: Application的运行环境，创建它的目的是为了创建下面的Application对象。创建这个context需要传入一个LoadedApk类型的对象，通过ActivityThread.getSystemContext()函数便可获取：

public ContextImpl getSystemContext() { synchronized (this) { if (mSystemContext == null) { mSystemContext = ContextImpl.createSystemContext(this); } return mSystemContext; } }

这里是第一次调用getSystemContext()函数，所以mSystemContext为null，进而会通过ContextImpl.createSystemContext()函数创建一个新的对象：

// ContextImpl.createSystemContext() static ContextImpl createSystemContext(ActivityThread mainThread) { LoadedApk packageInfo = new LoadedApk(mainThread); ContextImpl context = new ContextImpl(null, mainThread, packageInfo, null, null, false, null, null, Display.INVALID_DISPLAY); context.mResources.updateConfiguration(context.mResourcesManager.getConfiguration(), context.mResourcesManager.getDisplayMetricsLocked()); return context; }

上述函数首先会创建一个LoadedApk的对象，LoadedApk表示一个装载到内存的Apk，对于SystemContext，这个Apk就是framework-res.apk; 然后，创建一个ContextImpl的对象，进一步初始化资源相关的配置; 最终，返回的context就是SystemContext。

  • mInitialApplication: Application对象，由于是通过framework-res.apk这个APK的Context创建而来，所以这个Application对象就对应到了framework-res.apk，这是系统中第一个运行的APK，所以叫做InitialApplication，它是运行在系统进程中。

兜兜转转弄了一圈，终于把SystemContext给创建好了，系统进程好好运行就好了，为什么要大费周张的搞一个运行环境Context出来呢？ 操作系统运行基本单位是进程，我们写的任何Android代码最终都要落到一个实际的进程中去执行。然而，Android有意弱化了进程的概念，我们在写Android应用程序的时候，基础的概念都是运行环境(Context)，而不是去考虑进程中有什么可以使用。 Android对待系统进程，也像对待普通的应用进程一样，都需要构建一个运行环境，就是Context。在构建AMS对象时，会将SystemContext传入，通过这个特殊的Context，AMS就能获取运行时所需要各种信息。

我们通过一张类图来总结一下，与系统进程运行环境初始化相关的各个类之间的关系：

 
《ActivityManagerService的启动过程》

 

  总结初始化环境的三个步骤：

  1. Android要为应用进程创造一个运行环境，同样也需要为系统进程创造一个运行环境，在系统进程启动伊始，这个运行环境就需要创建完毕,这个环境就是我们所说的SystemContext;

  2. SystemServer会创建一个ActivityThread对象，代表系统进程的主线程,系统进程的入口为SysMain()，在ActivityThread对象构建的过程中，又会创建Instrumentation对象和framework-res.apk的LoadedApk对象，再通过LoadedApk创建Application对象;

  3. 在ActivityThread对象构建完毕后，SystemServer便可获取到系统进程的运行环境了，即SystemContext，这是ActivityThread通过ContextImpl创建而成的。

 

2.初始化ActivityManagerService对象

在Android起机的过程中，系统服务是相互影响的，所以有启动顺序的先后之分，譬如BatteryService，WindowManagerService就需要在ActivityManagerService创建之后才能创建。还有一些系统事件，譬如BOOT_COMPLETED广播，需要在系统完全启动之后才能发出。 Android为系统服务封装了SystemService类，设计了系统服务的生命周期：

public abstract class SystemService { // 阶段 1： 等待显示设备准备完毕 // 这个阶段，Installer, AMS, PowerManagerService, DisplayManagerService已经构建完毕 public static final int PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY = 100; // 阶段 2： 锁屏服务已经准备完毕 // 这个阶段，大部分系统服务已经构建完毕。其他服务可以获取锁屏相关的数据了，譬如锁屏密码等 public static final int PHASE_LOCK_SETTINGS_READY = 480; // 阶段 3: 系统服务已经准备完毕 // 这个阶段，大部分系统服务已经构建完毕，PackageManagerService，PowerManagerService已经能够提供服务 public static final int PHASE_SYSTEM_SERVICES_READY = 500; // 阶段 4： ActivityManagerService已经能够提供服务了 // 这个阶段，获取ContentProvider、发送广播等AMS相关的功能已经可以用了 public static final int PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY = 550; // 阶段 5： 已经可以启动应用程序了 // 这个阶段，用户界面已经启动，数据连接、音频等服务都已可用 public static final int PHASE_THIRD_PARTY_APPS_CAN_START = 600; // 阶段 6： 系统起机完成 public static final int PHASE_BOOT_COMPLETED = 1000; public abstract void onStart(); public void onBootPhase(int phase) {} // ... 省略其他函数 }

部分系统服务的初始化依赖于当前系统已经起机到什么阶段，当系统服务启动时，onStart()函数会被调用; 系统启动到一定的阶段，onBootPhase()函数会被调用。所有系统服务的创建和生命周期的管理都是由SystemServiceManager这个类完成的。

本文中要分析的AMS，它并没有直接继承SystemService，而是通过内部类Lifecycle来继承实现的， AMS.Lifecycle非常简单，就是调用了AMS的构造函数和start()函数，是一个间接初始化AMS的过程。

public static final class Lifecycle extends SystemService { private final ActivityManagerService mService; // 构造函数会被SystemServiceManager反射调用 public Lifecycle(Context context) { super(context); mService = new ActivityManagerService(context); } // 在Lifecycle对象构造完成后，这个函数会被回调 @Override public void onStart() { mService.start(); } public ActivityManagerService getService() { return mService; } }

我们通过类图来总结一下SystemServiceManager, SystemService以及AMS三者之间的关系：

《ActivityManagerService的启动过程》

 

  1. SystemService是系统服务的抽象类，封装了onStart()和onBootPhase()等生命周期函数供SystemServiceManager回掉;

  2. AMS并不是直接继承SystemService，而是通过内部类Lifecycle间接完成了系统服务启动的生命周期;

  3. SystemServiceManager管理了多个SystemService。

SystemServer在完成一些简单的初始化后，就需要启动系统服务了，最重要的一系列服务是在SystemServer.startBootstrapServices() 这个函数中启动的，BootstrapServices的命名也很贴切，表示要启动一些”引导服务”，这些服务直接影响到其他服务的启动。

  1. 启动AMS之前，需要先连接installd进程。在系统进程(system_process)中，对应的服务就Installer， 通过Installer这个服务，就能完成一些重要目录的创建，譬如/data/user。

  2. 启动AMS。由此可见AMS的重要性，Android第二个启动的系统服务就是AMS。 实际上，这里通过SystemServcieManager来启动的是AMS.Lifecycle，AMS的真正初始化工作是由AMS.Lifecyle间接完成的。

  3. 启动PowerManagerService，这也是非常重要的一个系统服务。AMS也需要使用PowerManagerService的服务， 譬如，在启动Activity时，要避免系统进入休眠状态，就需要获取WakeLock。

  4. 这一步启动Lights、 DisplayManager、 PackageManager这些系统服务。

  5. 调用AMS.setSystemProcess()将当前进程设置为系统进程。为什么在SystemServer中需要调用AMS的方法来设置当前进程的信息呢？ 因为AMS的职责之一就是维护所有进程的状态，不管是应用进程还是系统进程，都是AMS的管辖范围。

   上面第2条AMS对象构建时，要初始化的内容非常多，大致可以分成两类：

  • 监测统计: Watchdog，CPU、内存、电量的使用统计
  • 组件管理: broadcastQueues, services, providers, statckSupervisor，recentTasks, Android四大组件的相关信息都由AMS统一维护

   在第5步中, 通过AMS对象调用了setSystemProcess()函数，目的是为了将当前进程(system_process)设置为系统进程：

  1. 通过ServiceManager向系统注册一些重要的服务。诸如meminfo、gfxinfo、dbinfo等信息都是由系统进程维护的， 可以通过adb shell dumpsys命令输出。

  2. ApplicationInfo包含了一个应用程序的信息，这些信息从AndroidManifest.xml的<application>标签中解析出来，譬如进程名、版本号、使用的主题等，那么，通过android这个包名，获取的ApplicationInfo自然就是Android系统这个应用程序的信息。

    每一个普通的应用程序都会有一个AndroidManifest.xml文件，这个应用程序运行的环境，就是我们所说的”应用进程”; 有一个特殊的应用程序，具备更多的特权，这个应用程序的运行环境就是”系统进程”。 android就是这个特殊应用程序的包名，其所对应的<application>标签定义在frameworks/base/core/res/AndroidManifest.xml中，最终会编译在framework-res.apk中。

    不论是应用进程还是系统进程，都有主线程，ActivityThread就是Android定义的主线程类。 AMS中的mSystemThread对象就是ActivityThread的实例，表示这是系统进程的主线程。 通过mSystemThread.installSystemApplicationInfo()这个函数调用，ApplicationInfo和ClassLoader就被设置到了 LoadedApk中，ApplicationInfo与LoadedApk的关系我们后文再描述。

  3. ProcessRecord这个类用于描述一个运行的进程，AMS管理着所有ProcessRecord的状态，包括系统进程的ProcessRecord。 系统进程的ProcessRecord几个重要的属性值：

    • persistent=true： 系统进程的ProcessRecord是常驻内存的
    • maxAdj=SYSTEM_ADJ(-16)： 在内存不足时，这个值越小，存活的几率就越大。SYSTEM_ADJ已经是倒数第二小了，可见系统进程在内存不足时被杀的可能性极小。
    • active: 在上文中，我们介绍过ProcessRecord有Active和InActive两种状态，所谓”激活”，就是将应用程序的信息(IApplicationThread)绑定到进程，这样就能够通过ProcessRecord间接完成对进程的调度。

    AMS通过mPidSelfLocked这个映射表来记录所有的ProcessRecord，(键 => 值)关系是(PID => ProcessRecord)。 在创建一个ProcessRecord之后，就需要集中对进程的信息进行调整了，AMS中管理进程的函数就两类：updateLruProcessLocked()用于更新最近使用进程列表，updateOomAdjLocked()用户更新进程的OOM ADJ。

3.AMS启动的配套工作

在引导服务(BootstrapServices)启动完毕后，SystemServer就开始启动核心服务(CoreServices)，包括电池服务(BatteryService)，用户行为统计服务(UsageStatsService)等; 最后，就是启动其他服务了，非常之多，不再此列举。部分服务在启动时，仍需要与AMS关联，譬如: AMS需要与WindowManagerService关联。AMS在这个过程之中有两个关键的步骤:

  1. AMS.installSystemProviders(): 表示要装载SettingsProvider, 很多系统服务都需要从这个数据库中读取配置信息;
  2. AMS.systemReady(): 表示当前SystemServer已经启动完毕, AMS仍需要做一些准备就绪工作。

3.1 对于installSystemProviders的分析

关键函数 generateApplicationProvidersLocked()

该函数基于AndroidManifest.xml文件的定义, 生成一个应用程序的Provider信息, 以方便AMS对Provider进行管理,

AMS对Provider的管理方式:

《ActivityManagerService的启动过程》

  • AMS中使用ContentProviderRecord来管理一个ContentProvider。ProviderInfo, ApplicationInfo, 运行ContentProvider的ProcessRecord等信息都保存在ContentProviderRecord中。

  • AMS维护了一个ProviderMap, 支持从Authority或CompnentName到ContentProviderRecord的映射; AMS也维护了各种各样的ProcessRecord, 譬如: 前台进程, 内存常驻进程, 最近使用的进程等。 当一个ContentProvider绑定到具体的进程时, 就会添加到ProcessRecord中维护的mPubProviders的映射表中。所以, ProcessRecord.mPubProviders就表示进程所拥有的ContentProvider。

      现在,我们再来看这块函数的逻辑:

  • 首先, 需要确保ProcessRecord能够容纳一定数量的Provider, 前面通过PackageManager找到的ProviderInfo可能会关联到ProcessRecord中,所以, 在mPubProvider上已有容量的基础上, 再扩容的大小为找到的ProviderInfo的数量。

  • 然后, 对找到的ProviderInfo列表进行遍历, 如有需要, 则新建一个ContentProviderRecord对象, 将其添加到mProviderMap中以方便AMS管理；同时, 也需要将其添加到PrcoessRecord.mPubProviders中。

  • 最后, 由于可能新增其他APK中的ProviderInfo, 所以需要确保对APK进行dex优化。

关键函数: ActivityThread.installSystemProviders()

将一个ProviderInfo绑定到ProcessRecord后, AMS中就有了Provider的信息了, 但这时Provider还不能工作, 因为真正的ContentProvider还未创建, 该函数的就是将上面找到的ProviderInfo装载到系统进程之中

所有ContentProvider的创建都需要经过installContentProvider()函数, 它接收两个参数, 一个是进程的运行环境Context, 一个是 ProviderInfo列表； 对系统进程而言, 运行环境就是mInitialApplication。该函数中使用了ContentProviderHodler这个类,它实现了Parcelable接口, 通常表示这类数据结构需要跨进程传递, 应用进程中生成的ContentProvider需要向系统进程注册后才能使用, 所以, 需要将ContentProvider的信息从应用进程传递到系统进程, 这就用到了ContentProviderHolder进行数据封装。

基于ProviderInfo生成的ContentProviderHolder的函数实现是installProvider():

3.2对于systemReady的分析

  1. mSystemReady表示系统进程是否准备完毕， 由于systemReady()函数会被多次调用到，而且多线程并行，所以一旦mSystemReady为true，表示不再需要执行下面的逻辑了，直接回调函数入参goingCallback，这个回调函数我们放到后面分析;

  2. 进入这一步，表示mSystemReady为false，第一次进入systemReady()函数时，就是这种场景。这里会恢复最近任务列表;

  3. 涉及到PRE_BOOT_COMPLETED广播的处理。这个广播在BOOT_COMPLETED广播之前发送，而且只发给系统应用。系统应用收到该广播后，也应该标注已经处理过该广播，下次不用再派发过来。设计PRE_BOOT_COMPLETED广播的目的，是为了应对系统升级的场景：当从旧的版本升级时，系统应用可能有一些清除数据的需要，系统升级后的第一次起机时，就会向接收者派发这个广播。

PRE_BOOT_COMPLETED的派发实现在deliverPreBootCompleted()函数中，本文不展开分析。需要知道这里有两个控制变量：

  • mDidUpdate: 默认为false; 如果为true，表示已PRE_BOOT_COMPLETED已经处理完毕，确切的说是已经检查完毕，因为在派发该广播之前，要检查是否已经向接收者派发过一次该广播了; 之所以该变量取名为update，是因为该广播的设计与系统升级后的操作有关;
  • mWaitingUpdate: 默认为false; 如果有PRE_BOOT_COMPLETED的接收者，而且之前没有处理过该广播，则这个变量会被true，直到广播处理完成后才被重新置成false。

经过这3步mSystemReady就被设置为true了，再次调用该systemReady()函数，就会进入第1步的逻辑

在AMS完全准备就绪之前，就可能有一些进程已经启动，在这里需要进行一个检查，如果非peristent的进程先于AMS启动，那么就需要杀掉这些进程。 注意，这里所指的进程是AMS管理的进程(系统进程和应用进程)，Native进程并不在AMS的管辖范围。

在该代码片段的最后，输出了一行Event Log：

boot_process_ams_ready: xxx

进行日志分析时，可以根据这行日志信息判定AMS已经准备就绪，其他应用进程可以启动了。因为只有当AMS就绪后，才能开始管理应用进程。

AMS准备就绪是个关键节点，在此之后，很多其他服务就可以开始进入准备就绪的状态了，其实就是调用这些系统服务的systemReady()函数。

systemReady()函数的最后部分，一部分工作是发送通知：“当前用户已经进入使用状态了”； 另一部分工作就是启动桌面，有两处关键调用： startHomeActivityLocked()和mStackSupervisor.resumeTopActivitiesLocked()

至此，systemReady()函数的执行逻辑已经分析完了，一共经历了4个步骤

  • 片段1： 主要处理PRE_BOOT_COMPLETED广播;
  • 片段2： 杀掉在AMS准备就绪之前就已经启动的进程。因为这些进程要被AMS管理起来，需要在AMS准备就绪之后才启动;
  • 片段3： 主要任务是通知其他系统服务进入就绪状态。在AMS就绪完毕后，从SettingsProvider和本地文件中(urigrants.xml)读取一些配置信息。通知其他系统服务进入就绪状态，启动SystemUi;
  • 片段4： 主要任务是启动桌面。

systemReady()函数调用完成之后，桌面就可见了，用户就真正见到了Android系统的可操作界面

3.4 发送ACTION_BOOT_COMPLETED广播

在桌面启动后，桌面进程主线程的消息队列进入空闲状态，此时会发起跨进程调用AMS.activityIdle()，紧接着会引发下面的调用关系：

AMS.activityIdle()
└── ActivityStackSupervisor.activityIdleInternalLocked()
    └── ActivityStackSupervisor.checkFinishBootingLocked()
        └── AMS.postFinishBooting() // 向主线程抛出FINISH_BOOTING_MSG消息
            └── AMS.MainHandler.handleMessage(FINISH_BOOTING_MSG)
                └── AMS.finishBooting()

AMS.finishBooting()函数主要进行ABI检查，注册一些系统广播，启动之前被抑制启动的进程，发送ACTION_BOOT_COMPLETED广播，调度性能统计功能。

总结：

   系统进程启动过程中与AMS相关的逻辑，总体而言，可以分为三步：

  1. 初始化系统进程的运行环境。所谓运行环境，就是指的Context，Context蕴含了代码执行过程中所需要的信息，包括进程信息、包信息、资源信息等等。Android有意弱化进程的概念，强化Context的概念，在Android编程时，一定避免不了与Context打交道。对于系统进程而言，Context有一定的特殊性，所以单独造了一个SystemContext。

  2. 初始化AMS对象。AMS对象在系统进程构建，作为最重要的系统服务，AMS初始化要做的事情非常多。由于各种系统服务耦合在一块，相互影响，Android设计了“系统进程启动阶段”这个概念，就像一个简单的状态机，只有进入的某个阶段，才能做某些操作。譬如，只有进入PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY，AMS才能正常工作，这时才可以进行派发广播、管理进程等操作。

    因为系统进程也在AMS的管辖范围之内，所以，AMS对象构建后有一个重要的任务，就是设置系统进程的一些属性。这时，会将第一个启动的应用frameworks-res.apk的信息装载到系统进程中，创建一个系统进程的ProcessRecord对象以便AMS管理。

  3. AMS初始化的配套工作。这里所谓配套工作是指，系统要完全运行起来，还需要经由AMS进行一系列的运作：系统设置SettingsProvider会经由AMS装载到系统进程中；其他系统服务在AMS准备就绪后，也会进入就绪状态，表示可以正常工作；桌面会经由AMS启动，最终ACTION_BOOT_COMPLETED广播发出。

参考文章：http://duanqz.github.io/2016-07-15-AMS-LaunchProcess#3-%E6%80%BB%E7%BB%93

    原文作者：Leo的银弹
    原文地址: http://www.cnblogs.com/krislight1105/p/10305126.html
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