Android系统的心脏-Zygote进程如何fork一个新的应用进程

短命女 2023-10-17 10:48 1阅读 0赞

### 简介： ###

在Android系统中，所有的应用程序进程都是有Zygote进程创建的。那么，到底是如何创建出来的呢？本节来分析一下这个创建流程。

### ZygoteInit代码回顾： ###

在Android初始化流程中，init进程创建了zygote进程，（通过init.rc中的指令），而且，在zygote这个进程中，注册了zygote socket, 而且，会根据是否是ZYGOTE\_FORK\_MODE模式，去执行zygote的创建，或进入selectLoop监听循环中，代码在ZygoteInit.java中，如下：

public static void main(String argv[]) {
     
        ......
     
        registerZygoteSocket();
     
        ......
     
        if (argv[1].equals("start-system-server")) {
                    startSystemServer();
        } else if (!argv[1].equals("")) {
                    throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);
        }
        if (ZYGOTE_FORK_MODE) {
                    runForkMode();
        } else {
                    runSelectLoopMode();
        }
        
     
    }

ZYGOTE\_FORK\_MODE的定义：

> private static final boolean ZYGOTE\_FORK\_MODE = false;

所以，会执行到runSelectLoopMode，即在创建了SystemServer进程之后，就进入了这个runSelectLoopMode方法的执行。

**从runSelectLoopMode开始分析：**

private static void runSelectLoopMode() throws MethodAndArgsCaller {
            ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList();
            ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList();
            FileDescriptor[] fdArray = new FileDescriptor[4];
     
            fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());
            peers.add(null);
     
            int loopCount = GC_LOOP_COUNT;
            while (true) {
                int index;
     
                ......
     
                try {
                    fdArray = fds.toArray(fdArray);
                    index = selectReadable(fdArray);
                } catch (IOException ex) {
                    throw new RuntimeException("Error in select()", ex);
                }
     
                if (index < 0) {
                    throw new RuntimeException("Error in select()");
                } else if (index == 0) {
                    ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer();
                    peers.add(newPeer);
                    fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
                } else {
                    boolean done;
                    done = peers.get(index).runOnce();
     
                    if (done) {
                        peers.remove(index);
                        fds.remove(index);
                    }
                }
            }
        }

**分析：**

1）通过前面注册的socket来获取文件描述符，通过这个描述符来处理来自外部的请求；这个描述符什么时候创建的呢？看下面的代码(ZygoteInit.java的registerZygoteSocket方法：

private static void registerZygoteSocket() {
            if (sServerSocket == null) {
                int fileDesc;
                try {
                    String env = System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);
                    fileDesc = Integer.parseInt(env);
                } catch (RuntimeException ex) {
                    throw new RuntimeException(
                            ANDROID_SOCKET_ENV + " unset or invalid", ex);
                }
     
                try {
                    sServerSocket = new LocalServerSocket(
                            createFileDescriptor(fileDesc));
                } catch (IOException ex) {
                    throw new RuntimeException(
                            "Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
                }
            }
        }

这里的

> sServerSocket = new LocalServerSocket(  
> createFileDescriptor(fileDesc));

在初始化sServerSocket的时候，创建了FileDescriptor，即

> ANDROID\_SOCKET\_ENV

环境变量对应的文件描述符，ANDROID\_SOCKET\_ENV的定义：

> private static final String ANDROID\_SOCKET\_ENV = "ANDROID\_SOCKET\_zygote";

2）**selectReadable**：这是一个native方法，用于监视文件描述符，如果文件描述符中有相关的事件，则返回文件描述符在数组中的索引index。其实就是找到有事件发生的文件描述符。那么，如何监听呢？答案就是通过Linux系统调用select函数来实现；

3）根据index去创建ZygoteConnection，并且保存起来；

4）执行ZygoteConnection实例的runOnce方法。这是个关键函数，是创建应用程序进程的入口。

整个流程涉及到java和native，时序图如下（分为java层和native层）如下：

java层时序图：

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

select函数的功能：

它可以同时监听多个socket描述符，并且知道哪一个socket描述符已经可以读取数据了，哪个描述符可以 写入数据，以及哪个socket出现了错误。这里的socket描述符也是文件的一种。

Native层时序图：

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

从java的forkAndSpecialize()调用到native层的forkAndSpecializeCommon()方法中，而在这个方法中，最终，通过fork系统调用创建了一个新的进程，这个进程就是用用程序进程。

**forkAndSpecializeCommon()的fork：**

在forkAndSpecializeCommon()中，fork的调用如下：

static pid_t forkAndSpecializeCommon(const u4* args, bool isSystemServer)
    {
        pid_t pid;
        
        ......
     
        pid = fork();
     
        if (pid == 0) {
     
            /* The child process */
     
            ......
        } else if (pid > 0) {
            /* the parent process */
        }
     
        return pid;
    }

可见，典型的pid处理方式：如果pid == 0，即当前处于子进程；如果pid>0，即处于父进程。

再看一下主要代码文件列表：

1）相关代码文件：

> Java代码:  
> frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java  
> frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteConnection.java  
> libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/Zygote.java
> 
> Native代码：  
> frameworks/base/core/jni/com\_android\_internal\_os\_ZygoteInit.cpp  
> dalvik/vm/native/dalvik\_system\_Zygote.cpp

代码目录结构：

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

**2）ZygoteInit中jni方法的注册：**

frameworks/base/core/jni/com\_android\_internal\_os\_ZygoteInit.cpp中，

static JNINativeMethod gMethods[] = {
        /* name, signature, funcPtr */
        { "setreuid", "(II)I",
          (void*) com_android_internal_os_ZygoteInit_setreuid },
        { "setregid", "(II)I",
          (void*) com_android_internal_os_ZygoteInit_setregid },
        { "setpgid", "(II)I",
          (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_setpgid },
        { "getpgid", "(I)I",
          (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_getpgid },
        { "reopenStdio",
            "(Ljava/io/FileDescriptor;Ljava/io/FileDescriptor;"
            "Ljava/io/FileDescriptor;)V",
                (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_reopenStdio},
        { "setCloseOnExec", "(Ljava/io/FileDescriptor;Z)V",
            (void *)  com_android_internal_os_ZygoteInit_setCloseOnExec},
        { "setCapabilities", "(JJ)V",
            (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_setCapabilities },
        { "capgetPermitted", "(I)J",
            (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_capgetPermitted },
        { "selectReadable", "([Ljava/io/FileDescriptor;)I",
            (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_selectReadable },
        { "createFileDescriptor", "(I)Ljava/io/FileDescriptor;",
            (void *) com_android_internal_os_ZygoteInit_createFileDescriptor }
    };
    int register_com_android_internal_os_ZygoteInit(JNIEnv* env)
    {
        return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
                "com/android/internal/os/ZygoteInit", gMethods, NELEM(gMethods));
    }

**3）Zygote的jni方法的注册；**

dalvik/vm/native/dalvik\_system\_Zygote.cpp中，

const DalvikNativeMethod dvm_dalvik_system_Zygote[] = {
        { "nativeFork", "()I",
          Dalvik_dalvik_system_Zygote_fork },
        { "nativeForkAndSpecialize", "(II[II[[I)I",
          Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize },
        { "nativeForkSystemServer", "(II[II[[IJJ)I",
          Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer },
        { "nativeExecShell", "(Ljava/lang/String;)V",
          Dalvik_dalvik_system_Zygote_execShell },
        { NULL, NULL, NULL },
    };

--------------------

[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: https://img-blog.csdnimg.cn/bd6d9e99654443698bca2d6e0ac60aca.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ==,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/9bebb9e311484f58b6a2512f9a11a75a.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ==,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/cdf0d76ada5d478d81e2ea0c97dae843.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAbGlyYW5rZQ==,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16