JAVA啟動流程、調(diào)試和程序結(jié)構(gòu).ppt

Android系統(tǒng)移植第九章Java啟動流程和程序結(jié)構(gòu),一、java部分的啟動流程二、jni的基本概念三、jni的實現(xiàn)四、框架層中使用jni五、APK中使用jni,9.1java部分的啟動流程,Android系統(tǒng)的本地部分啟動完成后，將形成一系列的守護進程，其中的名稱為zygote的守護進程將繼續(xù)完成java部分的初始化，java部分初始化結(jié)束后，形成zygote、SystemServer以及若干個java應(yīng)用的進程，系統(tǒng)進入正常運行階段。,9.1.1啟動流程概述,Android系統(tǒng)java部分的啟動主要涉及以下幾個實體：作為zygote運行的本地可執(zhí)行程序，java框架庫中的zygoteInit，java服務(wù)庫當中的SystemServer和個服務(wù)，java服務(wù)庫對應(yīng)的JNI本地庫libandroid_sercers.so，系統(tǒng)服務(wù)器的本地庫libandroid_sercers.so。Java的啟動流程可以分成以下的幾個步驟。從本地可執(zhí)行程序運行名為zygote的守護進程Zygote運行ZygoteInit(進入java程序)ZygoteInit運行SystemServer(java類)，并分裂出一個新的進程，SystemServer首先運行l(wèi)ibandroid_sercers.so庫當中的初始化(進入本地程序)。執(zhí)行l(wèi)ibandroid_sercers.so當中的系統(tǒng)初始化。SystemServer中的java初始化再次被調(diào)用(再入java程序)。建立ServerThread線程。,9.1.1啟動流程概述,ServerThread線程建立各個服務(wù)，然后進出入循環(huán)ActivityManagerServer服務(wù)在啟動結(jié)束發(fā)送相關(guān)消息。各個java應(yīng)用程序運行。啟動的過程中，經(jīng)歷了復(fù)雜的調(diào)用過程，有從本地到j(luò)ava的調(diào)用，有java之間的調(diào)用，有java調(diào)用本地，也有本地之間的調(diào)用，最終主要工作，在名稱為ServerThread的java線程中完成。Java啟動完成后，android進入正常的運行狀態(tài)中，此時，與java相關(guān)進程主要有以下3個部分。Zygote：本質(zhì)是本地守護進程，最終進入循環(huán)狀態(tài)。System_server：java的第一個守護進程，其中也包括若干個線程，并進入循環(huán)。各個java應(yīng)用程序：他們并行存在，互相依賴關(guān)系。從liunx系統(tǒng)運行的角度上，SystemServe和各個java應(yīng)用程序內(nèi)的進程都是zygote進程的子進程。,9.1.1啟動流程概述,Androidjava部分的啟動流程如圖途中實線部分表示java系統(tǒng)相關(guān)的實體，其中有本地的內(nèi)容也有java的內(nèi)容，右側(cè)虛線框中的內(nèi)容分表示運行時的進程情況。在java的啟動過程中，java服務(wù)庫的重點，它調(diào)用了本地的部分初始化，然后建立了java層的各個服務(wù)，在系統(tǒng)正常的運行過程中，這些服務(wù)是androidjava系統(tǒng)的公共部分和后臺部分。,9.1.2java系統(tǒng)的守護進程,Zygote是通過init進程讀取的init.rc啟動的一個守護進程的民稱，在init.rc中執(zhí)行性內(nèi)容的相關(guān)部分如下圖所示。,名稱Zygote的服務(wù)的執(zhí)行者，實際上是/system/bin/app_process的可執(zhí)行程序，后面的內(nèi)容是app_process的執(zhí)行參數(shù)。app_process的代碼路徑為frameworks/base/cmds/app_process，生成名稱為app_process的可執(zhí)行程序，會連接libandroid_runtime.so動態(tài)庫，間接連接Dalvik虛擬機的libdvm.so庫調(diào)用Dalvik虛擬機。其中app_mian.cpp文件中的main()函數(shù)為可執(zhí)行程序入口，主要的代碼片段如下：,9.1.2java系統(tǒng)的守護進程,其中的appruntime實際上是運行庫androidRuntime的繼承者，可以視為一個封裝類，app_process執(zhí)行后，根據(jù)傳入的參數(shù)不同有兩條運行路徑。第一個分支：當命令具有zygote參數(shù)的時候，將進程的名稱設(shè)置為zygote然后調(diào)用java內(nèi)部的類zygoteinit，完成java環(huán)境第一步啟動。,9.1.2java系統(tǒng)的守護進程,第二個分支，當命令程序沒有zygote參數(shù)的時候，將進程的名稱設(shè)置為第一個參數(shù)，然后根據(jù)類名啟動程序。App_process可執(zhí)行程序作為zygote守護進程運行的時候，顯然調(diào)用的是第一個分支，根據(jù)參數(shù)的傳遞情況，其調(diào)用的是AppRuntime類的start()函數(shù)傳入的第一個參數(shù)為java的類名第二個參數(shù)為startsystemserver，根據(jù)命令行的參數(shù)，其數(shù)值為true，這個過程是在本地的進程中，利用androidruntime執(zhí)行java的代碼。,9.1.3Zygoteinit類的執(zhí)行,守護進程zygote運行后，com.android.internal.os.Zygoteinit進入java環(huán)境中運行，Zygoteinit是一個java框架庫(framework.jar)中的內(nèi)部類。ZygoteInit.java在farmeworks/base/core/java/com/android/internal/os目錄中，其中的main()是一個android系統(tǒng)正常啟動后執(zhí)行的第一段java代碼。,初始化過程中，zygote守護進程調(diào)用ZygoteInit時，傳入的第一個參數(shù)為true，因此其中的startSystemServer()方法將會被執(zhí)行。,9.1.3Zygoteinit類的執(zhí)行,startSystemServer()方法中的核心內(nèi)容如下所示：startSystemServer執(zhí)行了zygote.forkSystemserver()，完成了一次進程的分裂，分裂出來的子進程執(zhí)行了路徑為com.android.SystemServer的java類，這是java代碼中分裂另一個進程的方法，分裂出的進程就是系統(tǒng)服務(wù)器。它的名稱為system_server。進程分裂后，在父進程中，startsystemsrver()方法將返回，ZygoteInit的main方法中代碼將繼續(xù)向下執(zhí)行，進入有runforkmode或者runselectloopmode()構(gòu)建的循環(huán)(默認是后者)。執(zhí)行到這個地方，zygote守護進程進入了循環(huán)，而分裂出來的第一個java進程-系統(tǒng)服務(wù)器(system_server)將完成后續(xù)的java層初始化工作。,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-main方法,System_server進程運行的分類是com.android.SystemServer。這個類的內(nèi)容在java服務(wù)庫(server.jar)當中，SystemServer執(zhí)行過程中多次在java和本地直接切換，涉及的內(nèi)容還包括libandroid_server.so和libsystem_server.so兩個本地庫。Java層入口：SystemServer類的main()方法SystemServer類是服務(wù)包的主入口，在systmesrver.java文件中是實現(xiàn)，代碼的路徑為：frameworks/base/service/java/com/android/server/，當這個類被調(diào)用后，執(zhí)行其main()代碼。,System_server運行后加載了本地庫libandroid_server.so，然后執(zhí)行其中的init1()函數(shù)，調(diào)用了本地的初始化內(nèi)容，作為第一階段的初始化內(nèi)容。,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-本地接口init1(),Libandroid_server.so提供的是服務(wù)包的jni部分的支持，在java執(zhí)行過程中，又執(zhí)行了本地的調(diào)用，這種實現(xiàn)方式也就是在java系統(tǒng)的初始化過程中，插入了一段本地執(zhí)行的內(nèi)容，表示在特定的時機，完成部分本地初始化。Systemserver中執(zhí)行的init1()本地方方法，在frameworks/base/service/jni目錄中的com_android_server_systemserver.cpp文件中，其中主要的內(nèi)容如下：,這里實現(xiàn)了java中所需要的民稱為init1的本地調(diào)用，參數(shù)的內(nèi)容沒有進行處理，而直接調(diào)用了本地的一個函數(shù)system_init()。,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-system_init(),System_init()先完成本地的一些初始化，在調(diào)用java程序，最終進入循環(huán)，這個函數(shù)在libsystem_server.so庫中實現(xiàn)，代碼路徑為：frameworks/base/cmds/system_server/libary。System_init()首先執(zhí)完成本地相關(guān)的初始化，其中如果設(shè)置了”system_init.startsufaceflinger”屬性為1，則啟動surfacefilnger服務(wù)，如果本地的mediapalyerservice等服務(wù)沒有初始化，在此處也將啟動。然后得到j(luò)ava的運行環(huán)境androidruntime，并調(diào)用com/android/server/systemserver類中的名稱為init2靜態(tài)方法。此時由本地程序調(diào)用systemserver類中的java部分,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-system_init(),具體的系統(tǒng)實現(xiàn)中，如果有內(nèi)容需要在java系統(tǒng)正式執(zhí)行之前完成初始化，同樣可以將初始化的內(nèi)容放置到libsystme_server.so的system_init()函數(shù)中。除此之外，frameworks/base/cmds/system_server目錄中的內(nèi)容將生成一個名稱為system_server的可執(zhí)行程序，它連接了libsystem_server.so庫并調(diào)試了system_init()，完成等同于正常初始化的流程。System_server可執(zhí)行程序只用于測試，正常啟動中不執(zhí)行。,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-init2()方法,Systemserver類中的靜態(tài)方法init2()被本地調(diào)用后，system_server進程中的java代碼又再次被執(zhí)行。Init2()方法如下所示：,這里調(diào)用了一個serverthread，它是一個java線程(thread)類的繼承者，在其中繼續(xù)完成后續(xù)的工作，實際上systemServer類當中的兩個靜態(tài)方法main()和init2()并無直接的調(diào)用關(guān)系，而是經(jīng)過本地的間接調(diào)用。System_server進程的執(zhí)行流程為：mian()=>init1()=>system_init()=>int2()。兩端為java中的內(nèi)容，中間為本地的內(nèi)容。Systemserver類的init2()方法執(zhí)行后會返回，之后system_server這個進程的主線程將運行位于libsystem_server.so中的system_init()最后的循環(huán)中。,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-serverthread,Serverthread是systemserver.java文件中和systemserver平行的一個類。它是java線程類thread的繼承者，負責建立各個java子服務(wù)。Serverthread的核心內(nèi)容是其中的run()方法，執(zhí)行流程入下所示：,serverthread，的初始化工作完成后，自己調(diào)用Looper.loop()進入循環(huán)，這里啟動的各個服務(wù)都是系統(tǒng)核心的重要部分，其中很多服務(wù)均會建立線程的后臺運行。例如其中的幾個服務(wù)建立過程的片段如下,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-serverthread,serverthread，的初始化工作完成后，自己調(diào)用Looper.loop()進入循環(huán)，這里啟動的各個服務(wù)都是系統(tǒng)核心的重要部分，其中很多服務(wù)均會建立線程的后臺運行。例如其中的幾個服務(wù)建立過程的片段ServerThread的初始化流程是：首先建立關(guān)鍵(critical)的服務(wù)，例如以上的ActivityManagerService等；再建立各個次要服務(wù)，例如InputMethodManagerServer、networkservice等，然后將調(diào)用很多服務(wù)中都具有的systemready()方法，等待每一個服務(wù)初始化完成。初始化完成后，serverthread才進入looper.loop()的循環(huán)。SystemServer中的服務(wù)(service)。有時候這些服務(wù)又被稱之為”anderoid服務(wù)”，區(qū)分于”本地服務(wù)”。他們的實現(xiàn)其實只是一個名詞，并無實現(xiàn)類型的限制。上面的powermanagerservice,就是一個IXX.stub的繼承者，因此通過servermanager將其加成服務(wù)；而activitymanagerservice則提供了靜態(tài)的main()方法來初始化，其實也是一個IXXX.stub的繼承者，在main()方法中建立自己的實例，并增加到ServerManager；Lightsservice則只是一個普通類，使用new建立實例即可。,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-各個”服務(wù)”的執(zhí)行,當系統(tǒng)初始化完成后，在android系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)中，SystemServer進程中包含了多個線程，線程大部分是由system_server中的服務(wù)所建立的，用于執(zhí)行每個服務(wù)當中的后臺工作。線程和使用system_server增加多少個服務(wù)(binder的繼承者)沒有任何關(guān)系，只有在代碼中構(gòu)建了thread，才具有線程。在命令界面中執(zhí)行pst可以查看system_server進程中的線程情況，查看的結(jié)果片段如下所示：(1)EntropyServicekey:entropy(2)PowerManagerServicekey:power(3)ActivityManagerServicekey:activityam工具命令(4)TelephonyRegistrykey:telephony.registry(5)PackageManagerServicepm工具命令(6)AccountManagerServicekey:account(7)BatteryServicekey:battery(8)HardwareServicekey:hardware(9)AlarmManagerServicekey:alarm(10)SensorServicekey:sensor(11)WindowManagerServicekey:window,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-各個”服務(wù)”的執(zhí)行,(12)BluetoothServicekey:bluetooth(13)BluetoothA2dpServicekey:bluetooth_a2dp(14)StatusBarServicekey:statusbar(15)ClipboardServicekey:clipboard(16)InputMethodManagerServicekey:input_method(17)NetStatServicekey:netstat(18)ConnectivtiyServicekey:connectivity(19)AccessibilityManagerServicekey:accessibility(20)NotificationManagerServicekey:notification(21)MountServicekey:mount(22)DeviceStorageMonitorServicekey:devicestoragemonitor(23)LocationManagerServicekey:location(24)SearchManagerServicekey:search(25)FallbackCheckinServicekey:checkin(26)WallpaperManagerServicekey:wallpaper(27)AudioServicekey:audio(28)BackupManagerServicekey:backup(29)AppWidgetServicekey:appwidget,9.1.4Zygoteinit類的執(zhí)行-各個”服務(wù)”的執(zhí)行,此處眾多的父進程id（PID）為system_server的id進程，實際上都是system_server中的線程，其中分成了各種不同的類型。HeapWorker、GC、SignalCatcher、JDWP、Compile幾個線程都是java環(huán)境所具有的，System_Server是java環(huán)境的進程，因此具有以上內(nèi)容。SurfaceFilnger等是從本地system_init()中初始化過程中建立的本地線程，因此出現(xiàn)在交前的位置。Er.serverthread是用于啟動各個java服務(wù)的線程，也就是serverthread。在serverthread之后就是activitymanager、processstats、packaemanager和windowmanager等，則是各個java服務(wù)的線程。Java全局的系統(tǒng)服務(wù)器初始化完畢后，有其中的某些服務(wù)發(fā)送服務(wù)信號，各個應(yīng)用程序的進程被啟動。,9.1.5java應(yīng)用程序部分的啟動,Java應(yīng)用程序部分的啟動原理是其中組件的調(diào)用，主要原因是java服務(wù)庫運行后發(fā)送的各個intent。消息的發(fā)送各個應(yīng)用程序的啟動，一般都是由于系統(tǒng)服務(wù)器當中的activitymanagerservice在初始化完成后發(fā)送了某種特殊的消息，其中造成應(yīng)用程序啟動的兩個原因是啟動了桌面(HOME)活動和發(fā)送了啟動結(jié)束(ACTION_BOOT_COMPLETED)廣播。Activitymanagerservice當中的starthomeactivitylocked()方法和桌面啟動有關(guān)系。而finishbooting()將在啟動結(jié)束的時候被調(diào)用，其核心思想是包含一個動作名稱為Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED的intent發(fā)送廣播，因此各個應(yīng)用程序包當中接受這個動作的BroadcastReceiver將有可能被運行。,9.1.5java應(yīng)用程序部分的啟動,各個java應(yīng)用程序包一般講成為一個獨立的進程運行，這些進程也是zygote的子進程，在這點上他們和system_server進程是相同的，因此，雖然應(yīng)用程序進程和system_server在啟動上有因果關(guān)系，但是在運行時linux視他們?yōu)橥粋€進程的子進程，如果沒有特殊的情況下，所有的java進程都是zygote的子進程。各個java應(yīng)用程序的啟動是通過app_process的第二個分支完成的，由于其中調(diào)用了set_process_name()，因此每個java應(yīng)用程序的進程名稱通常就是他們的java包，在系統(tǒng)啟動完成后可以查看java命令進程情況，,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,9.1.5java應(yīng)用程序部分的啟動,System_server和各個應(yīng)用程序進程的父進程均為zygote，他們都是由zygote以類似的方式啟動起來的，系統(tǒng)不會立刻釋放每個應(yīng)用程序包上下文運行，因此只需要一個應(yīng)用程包中有組件運行過，他的進程就會立即存在。在系統(tǒng)初始化階段之后，雖然沒有主動運行某些應(yīng)用，但是此時已經(jīng)存在了一些各個應(yīng)用進程，他是可能是由不同的方式被啟動的，由于某些包中的broadcastreceiver在接受了廣播后，得以運行，因此它們雖然運行完成但是應(yīng)用程序進程依然存在，例如：com.android.lancher則作為桌面程序存在，他建立一些放置在桌面上的appwidet(窗口部件)，因此實現(xiàn)這些窗口小部件的應(yīng)用程序包就已經(jīng)是啟動的進程了，有一些數(shù)據(jù)庫想關(guān)的應(yīng)用程序包，需要在啟動后處理，因此其中的廣播接收器接收動作為ACTION_BOOT_COMPLETED的廣播，也已經(jīng)被運行過了。,9.2java層程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計,本部分介紹java層的結(jié)構(gòu)化設(shè)計思路，指的是主體結(jié)構(gòu)子java層的程序，程序本身依然有本地調(diào)用(C/C+)的部分，主要需要關(guān)注的方面是android特有的java框架層和java應(yīng)用層的各中通信機制。,9.2.1目標和設(shè)計思路,在android的java層次中進行框架性程序設(shè)計的時候，主要需要處理以下幾個方面的問題。(1)兩個java進程之間的程序，包括遠程方法調(diào)用。(2)在后臺長期運行的程序，用來處理全局或者公共的內(nèi)容。(3)程序間特定的通知。以上的三個方面中，第一個方面和第二個方面是后臺程序的基本內(nèi)容，他們也可以在本底層完成。但是第三個方面由于涉及android的java框架層和java應(yīng)用層各種特殊的通信機制，因此只能在java層完成。Android的java應(yīng)用層各種特殊的通信機制包括：使用android.content包中的intent類，android.app包中的pendingitent類和應(yīng)用程序?qū)拥慕M件(activity、server或者broadcastreceiver)進行交互；通過uri訪問某些內(nèi)容提供者；使用toast進行提示：使用狀態(tài)欄的通知等。在java層的程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計的核心是java層的binder機制，他可以完成兩個java進程間相互調(diào)用的主要方面。,9.2.1目標和設(shè)計思路,在java層進行框架層的設(shè)計，主要具有兩種典型的結(jié)構(gòu)，一種是在java框架層實現(xiàn)一個服務(wù)，作為系統(tǒng)服務(wù)的一部分，另一種形式是基于應(yīng)用層的service組件，兩種方式都可以實現(xiàn)后臺長期運行的公共程序，一般他們實現(xiàn)的核心都基于java層的binder機制。,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,8.1android的java本地調(diào)用,Jni,在android中提供的jni的方式，讓java程序可以調(diào)用C語言編寫的程序，android中很多java類具有native接口，這些native接口就是由本地實現(xiàn)，然后注冊到系統(tǒng)中的。在Android中主要的jni代碼在一下的路徑中：Frameworks/base/core/jni/這個路徑中的內(nèi)容將被編譯成庫libandroid_runtime.so，這就是一個普通的動態(tài)庫，被放置在目標系統(tǒng)的/system/lib目錄中。除此之外，android還包含其他的jni庫，錄入媒體部分的jni在目錄frameworks/base/media/jni中，被編譯成libmedia_jni.so。Jni中的各個文件實際上就是C+的普通文件，其命令一般和支持的java類有對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系式習慣上的寫法，而不是強制的。在android中實現(xiàn)的jni庫，需要連接動態(tài)庫libnativehelper.so。Jni在android層次結(jié)構(gòu)中的作用,8.1.1android的jni實現(xiàn),Jni在android層次結(jié)構(gòu)中的作用如圖所示：Android系統(tǒng)的jni和標準的java基本類似，實現(xiàn)jni主要的流程為在java源代碼中聲明本地方法，并注冊到對應(yīng)的java類中，在java層的聲明方面，android和標準的java使用了完全相同的方法，在本地層的實現(xiàn)方面，原本jni也沒有絕對完整的規(guī)則，android系統(tǒng)具有一定的特殊性,8.1.1android的jni實現(xiàn),謝謝！,