《Android内核剖析》读书笔记 第9章 Framework的启动过程

对于Linux内核来说，其实Android系统就是一个普通的Linux应用程序而已，只是在init.rc中被设置为默认启动；

1. Framework运行环境综述
   任何系统启动过程的本质都是要建立一套系统运行所需的环境；android系统的启动其实就是建立dalvik虚拟机运行所需的环境，总体如下：
   
   
   1. android系统启动的第一个进程为zygote，意思为“受精卵”，因为接下来所有的Dalvik虚拟机进程都是通过它孵化出来的；该进程包括2个核心模块：
      1. Socket服务器：用于接收启动新的Dalvik进程的命令；
      2. Framework共享类与资源：所有Dalvik虚拟机进程都会需要的共享类及资源，其实就是android.jar中的大部分内容，待加载的类和资源列表分别通过preload-classes/preload-resources定义；
   2. zygote孵化出的第一个Dalvik虚拟机进程为SystemServer；该进程会负责加载android应用所需的所有基础服务（比如PowerManagerService、AlarmManagerService、WifiService...），并且会创建一个由Ams（具体的东西详见后面的第19章说明）管理的Socket客户端，该客户端用于向zygote中的服务端发送启动新Dalvik进程命令；
   3. 从之前的运行环境架构图可以看出有如下特点：
      1. 在android系统中每一个应用就是一个独立的dalvik进程，他们之间相互独立，这样就保证了单个应用的crash不会影响其他应用；而且可以设置单个应用的资源和权限限制，比如内存等；
      2. 公共的类和资源只会加载一份，这样对应用而言只需加载自身所需的类和资源即可，这样就有效的节省了对内存的消耗、加载效率也会提升；
         这点和PC上运行多个JAVA应用是不一样的，在PC上一般不存在多个JAVA进程共享一份类和资源的情况；
2. Zygote进程的启动过程
   1. 加载点为linux系统根目录下的init.rc中配置的zygote服务，该文件可以直接通过adb pull /init.rc .命令或者在DDMS视图中下载，对应于android源码中的路径为./system/core/rootdir/，具体配置为：
      service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server    class main
          socket zygote stream 660 root system
          onrestart write /sys/android_power/request_state wake
          onrestart write /sys/power/state on
          onrestart restart media
          onrestart restart netted
      该以上配置命令中核心信息包括：
      1. 用/system/bin/app_process命令启动名称为zygote的系统服务（注意：该进程无法在DDMS中直接查看，他属于系统服务）；
         其作用可以简单理解为就是启动一个Dalvik虚拟机，并通过指定参数启动一个JAVA应用进程，和执行java命令本质上是一样的；
         该命令的源码位于./frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
         源码会依赖于./frameworks/base/include/android_runtime/AndroidRuntime.h
         具体实现位于./frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
         1. 启动Dalvik虚拟机的具体指令路径为：
            app_main.cpp中的main() ==> AndroidRuntime.cpp中的start() ==> AndroidRuntime.cpp中的startVm() 
            ==> ./dalvik/vm/Jni.cpp中的JNI_CreateJavaVM() ==> ./dalvik/vm/Init.cpp中的dvmStartup()；
            期间会完成多个dalvik基础服务启动以及dalvik.system.NativeStart.main()的执行；
         2. Dalvik虚拟机环境准备完毕之后，利用FindClass/CallStaticVoidMethod执行具体Java文件的main方法；
      2. --zygote标示以com.android.internal.os.ZygoteInit类为虚拟机执行入口；
      3. --start-system-server仅在指定--zygote参数下有效，标示ZygoteInit启动完毕后孵化出第一个Dalvik进程SystemServer；
      4. socket标示zygote进程中启动的Socket服务端类型以及端口等信息；
      5. onrestart标示该服务重启后需要触发的操作，即需要唤醒电源、重启media/netted服务；
   2. ZygoteInit.main()核心加载逻辑
      1. registerZygoteSocket(); 构造LocalServerSocket启动Socket服务端，用以接收启动新的Dalvik进程的命令；
      2. preloadClasses(); 加载Framework共享类，待加载列表位于framework.jar/preloaded-classes文件；
         preloaded-classes源文件位于./frameworks/base/preloaded-classes；
         而该文件又可以通过java -Xss512M -cp ./out/host/darwin-x86/framework/preload.jar WritePreloadedClassFile ./frameworks/base/tools/preload/XXXXXX.compiled来生成；
         preload源码位于./frameworks/base/tools/preload/，最后一个参数XXXXXX.compiled二进制文件即是真正的待加载列表；而至于这个.compiled二进制文件如何来的，还未知！
      3. preloadResources(); 加载Framework共享资源，包括图片和颜色；待加载资源位于/frameworks/base/core/res/res/values/arrays.xml；
         其中定义了2个array，分别为preloaded_drawables/preloaded_color_state_lists；
      4. startSystemServer(); 孵化出第一个Dalvik虚拟机进程SystemServer；
         1. 指定新进程启动相关参数，主要是进程名称system_server（为什么DDMS中看到的进程名称为system_process呢？）、以及将要执行的第一个Java类：com.android.server.SystemServer
         2. 执行Zygote.forkSystemServer(…)创建新进程；
            该进程实际上是通过Linux系统的一个系统调用fork(); 完成的，其作用是复制当前进程所包括的所有信息，并产生一个新进程；这样做的目的主要是为了确保Zygote进程中加载的共享类和资源只会存在一份，从而有效节省系统资源；
         3. 执行handleSystemServerProcess(…)；
            1. closeServerSocket(); 关闭从zygote进程中copy过来的Socket服务器；
            2. RuntimeInit.zygoteInit(…)； 初始化一些额外的运行环境，并执行RuntimeInit.invokeStaticMain(…) 完成对SystemServer.main()函数的运行，至此就完成了新的Java进程SystemServer的创建了；
               而至于main()中执行的具体逻辑如下：
               1. 执行 Looper.prepareMainLooper(); 为主线程做异步消息队列准备；
               2. 加载android应用所需的所有基础服务，比如：Ams、Wms、Pms、WifiService…
               3. 执行 ActivityManagerService.self().systemReady(…); 
                  1. 首先会执行 startSystemUi(…); 启动 com.android.systemui.SystemUIService服务（可以通过DDMS查看到com.android.systemui进程）；
                     该进程主要是完成顶部状态栏PhoneStatusBar、电池电量PowerUI、铃声RingtonePlayer这三个服务的加载；
                     注意：该部分逻辑在老版本中可能没有，书中也没提到，我是以4.2版本中的源码为准的；
                  2. 执行多个服务的systemReady()方法，因为很多服务需要等Ams初始化完成才能真正ready；
                  3. 执行 mMainStack.resumeTopActivityLocked(); 启动任务列表中的最上面的一个Activity；
                     在 startHomeActivityLocked()执行过程中，系统会查询所有能响应category为CATEGORY_HOME的Activity列表，若出现多个则可以由用户自己选择，并允许用户记住该选择；
                     至此android系统的主页面应该就加载出来了，包括系统状态栏、以及Home；
                     从上可以看出，任何人都可以做一个Laucher应用，只要申请可以响应对应的category即可，就像Facebook做的Home应用一样；
               4. 执行 Looper.loop(); 主线程进入接受消息状态；
      5. runSelectLoopMode(); 让之前新建好的Socket服务端进入非阻塞读操作，等待接收命令；
         当接收到请求时会调用ZygoteConnection.runOnce()，该方法的核心作用就是孵化出新的应用进程；
         1. 具体创建新进程是靠执行 Zygote.forkAndSpecialize(…) 完成的；与SystemServer进程的创建对比可以看出，两者的方式并不完全相同，但都是基于fork模式来复制进程；
         2. 对复制出来进程善后处理，这个和SystemServer新建后的处理一致，主要是关闭Socket服务器、以及启动新的目标Java文件ActivityThread中的main函数；

这个章节有非常多的细节待专研，目前的疑惑包括：

1. dalvik虚拟机启动时如何和dalvik.system.NativeStart关联上的？而且该class居然找不到对应的jni文件？
2. startSystemUi时启动的是一个Service，但实际加载的顶部状态栏PhoneStatusBar却明显和前台UI相关，如何实现的前台UI可以不依赖于Activity？
3. 系统默认启动后还会加载一些基础应用，比如电话phone、短信sms等，这些应用又是在什么时候自动启动的呢？