Android系統移植第九章Java啟動流程和程序結構,一、java部分的啟動流程二、jni的基本概念三、jni的實現四、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的守護進程將繼續完成java部分的初始化，java部分初始化結束后，形成zygote、SystemServer以及若干個java應用的進程，系統進入正常運行階段。,9.1.1啟動流程概述,Android系統java部分的啟動主要涉及以下幾個實體：作為zygote運行的本地可執行程序，java框架庫中的zygoteInit，java服務庫當中的SystemServer和個服務，java服務庫對應的JNI本地庫libandroid_sercers.so，系統服務器的本地庫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libandroid_sercers.so庫當中的初始化(進入本地程序)。執行libandroid_sercers.so當中的系統初始化。SystemServer中的java初始化再次被調用(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，然后進出入循環ActivityManagerServer服務在啟動結束發送相關消息。各個java應用程序運行。啟動的過程中，經歷了復雜的調用過程，有從本地到java的調用，有java之間的調用，有java調用本地，也有本地之間的調用，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中，此時，與java相關進程主要有以下3個部分。Zygote：本質是本地守護進程，最終進入循環狀態。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。各個java應用程序：他們并行存在，互相依賴關系。從liunx系統運行的角度上，SystemServe和各個java應用程序內的進程都是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系統相關的實體，其中有本地的內容也有java的內容，右側虛線框中的內容分表示運行時的進程情況。在java的啟動過程中，java服務庫的重點，它調用了本地的部分初始化，然后建立了java層的各個服務，在系統正常的運行過程中，這些服務是androidjava系統的公共部分和后臺部分。,9.1.2java系統的守護進程,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中執行性內容的相關部分如下圖所示。,名稱Zygote的服務的執行者，實際上是/system/bin/app_process的可執行程序，后面的內容是app_process的執行參數。app_process的代碼路徑為frameworks/base/cmds/app_process，生成名稱為app_process的可執行程序，會連接libandroid_runtime.so動態庫，間接連接Dalvik虛擬機的libdvm.so庫調用Dalvik虛擬機。其中app_mian.cpp文件中的main()函數為可執行程序入口，主要的代碼片段如下：,9.1.2java系統的守護進程,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執行后，根據傳入的參數不同有兩條運行路徑。第一個分支：當命令具有zygote參數的時候，將進程的名稱設置為zygote然后調用java內部的類zygoteinit，完成java環境第一步啟動。,9.1.2java系統的守護進程,第二個分支，當命令程序沒有zygote參數的時候，將進程的名稱設置為第一個參數，然后根據類名啟動程序。App_process可執行程序作為zygote守護進程運行的時候，顯然調用的是第一個分支，根據參數的傳遞情況，其調用的是AppRuntime類的start()函數傳入的第一個參數為java的類名第二個參數為startsystemserver，根據命令行的參數，其數值為true，這個過程是在本地的進程中，利用androidruntime執行java的代碼。,9.1.3Zygoteinit類的執行,守護進程zygote運行后，ernal.os.Zygoteinit進入java環境中運行，Zygoteinit是一個java框架庫(framework.jar)中的內部類。ZygoteInit.java在farmeworks/base/core/java/com/android/internal/os目錄中，其中的main()是一個android系統正常啟動后執行的第一段java代碼。,初始化過程中，zygote守護進程調用ZygoteInit時，傳入的第一個參數為true，因此其中的startSystemServer()方法將會被執行。,9.1.3Zygoteinit類的執行,startSystemServer()方法中的核心內容如下所示：startSystemServer執行了zygote.forkSystemserver()，完成了一次進程的分裂，分裂出來的子進程執行了路徑為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服務器。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方法中代碼將繼續向下執行，進入有runforkmode或者runselectloopmode()構建的循環(默認是后者)。執行到這個地方，zygote守護進程進入了循環，而分裂出來的第一個java進程-系統服務器(system_server)將完成后續的java層初始化工作。,9.1.4Zygoteinit類的執行-main方法,System_server進程運行的分類是com.android.SystemServer。這個類的內容在java服務庫(server.jar)當中，SystemServer執行過程中多次在java和本地直接切換，涉及的內容還包括libandroid_server.so和libsystem_server.so兩個本地庫。Java層入口：SystemServer類的main()方法SystemServer類是服務包的主入口，在systmesrver.java文件中是實現，代碼的路徑為：frameworks/base/service/java/com/android/server/，當這個類被調用后，執行其main()代碼。,System_server運行后加載了本地庫libandroid_server.so，然后執行其中的init1()函數，調用了本地的初始化內容，作為第一階段的初始化內容。,9.1.4Zygoteinit類的執行-本地接口init1(),Libandroid_server.so提供的是服務包的jni部分的支持，在java執行過程中，又執行了本地的調用，這種實現方式也就是在java系統的初始化過程中，插入了一段本地執行的內容，表示在特定的時機，完成部分本地初始化。Systemserver中執行的init1()本地方方法，在frameworks/base/service/jni目錄中的com_android_server_systemserver.cpp文件中，其中主要的內容如下：,這里實現了java中所需要的民稱為init1的本地調用，參數的內容沒有進行處理，而直接調用了本地的一個函數system_init()。,9.1.4Zygoteinit類的執行-system_init(),System_init()先完成本地的一些初始化，在調用java程序，最終進入循環，這個函數在libsystem_server.so庫中實現，代碼路徑為：frameworks/base/cmds/system_server/libary。System_init()首先執完成本地相關的初始化，其中如果設置了”system_init.startsufaceflinger”屬性為1，則啟動surfacefilnger服務，如果本地的mediapalyerservice等服務沒有初始化，在此處也將啟動。然后得到java的運行環境androidruntime，并調用com/android/server/systemserver類中的名稱為init2靜態方法。此時由本地程序調用systemserver類中的java部分,9.1.4Zygoteinit類的執行-system_init(),具體的系統實現中，如果有內容需要在java系統正式執行之前完成初始化，同樣可以將初始化的內容放置到libsystme_server.so的system_init()函數中。除此之外，frameworks/base/cmds/system_server目錄中的內容將生成一個名稱為system_server的可執行程序，它連接了libsystem_server.so庫并調試了system_init()，完成等同于正常初始化的流程。System_server可執行程序只用于測試，正常啟動中不執行。,9.1.4Zygoteinit類的執行-init2()方法,Systemserver類中的靜態方法init2()被本地調用后，system_server進程中的java代碼又再次被執行。Init2()方法如下所示：,這里調用了一個serverthread，它是一個java線程(thread)類的繼承者，在其中繼續完成后續的工作，實際上systemServer類當中的兩個靜態方法main()和init2()并無直接的調用關系，而是經過本地的間接調用。System_server進程的執行流程為：mian()=init1()=system_init()=int2()。兩端為java中的內容，中間為本地的內容。Systemserver類的init2()方法執行后會返回，之后system_server這個進程的主線程將運行位于libsystem_server.so中的system_init()最后的循環中。,9.1.4Zygoteinit類的執行-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。Serverthread的核心內容是其中的run()方法，執行流程入下所示：,serverthread，的初始化工作完成后，自己調用Looper.loop()進入循環，這里啟動的各個服務都是系統核心的重要部分，其中很多服務均會建立線程的后臺運行。例如其中的幾個服務建立過程的片段如下,9.1.4Zygoteinit類的執行-serverthread,serverthread，的初始化工作完成后，自己調用Looper.loop()進入循環，這里啟動的各個服務都是系統核心的重要部分，其中很多服務均會建立線程的后臺運行。例如其中的幾個服務建立過程的片段ServerThread的初始化流程是：首先建立關鍵(critical)的服務，例如以上的ActivityManagerService等；再建立各個次要服務，例如InputMethodManagerServer、networkservice等，然后將調用很多服務中都具有的systemready()方法，等待每一個服務初始化完成。初始化完成后，serverthread才進入looper.loop()的循環。SystemServer中的服務(service)。有時候這些服務又被稱之為”anderoid服務”，區分于”本地服務”。他們的實現其實只是一個名詞，并無實現類型的限制。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；而activitymanagerservice則提供了靜態的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類的執行-各個”服務”的執行,當系統初始化完成后，在android系統的正常運行狀態中，SystemServer進程中包含了多個線程，線程大部分是由system_server中的服務所建立的，用于執行每個服務當中的后臺工作。線程和使用system_server增加多少個服務(binder的繼承者)沒有任何關系，只有在代碼中構建了thread，才具有線程。在命令界面中執行pst可以查看system_server進程中的線程情況，查看的結果片段如下所示：(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類的執行-各個”服務”的執行,(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類的執行-各個”服務”的執行,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環境所具有的，System_Server是java環境的進程，因此具有以上內容。SurfaceFilnger等是從本地system_init()中初始化過程中建立的本地線程，因此出現在交前的位置。Er.serverthread是用于啟動各個java服務的線程，也就是serverthread。在serverthread之后就是activitymanager、processstats、packaemanager和windowmanager等，則是各個java服務的線程。Java全局的系統服務器初始化完畢后，有其中的某些服務發送服務信號，各個應用程序的進程被啟動。,9.1.5java應用程序部分的啟動,Java應用程序部分的啟動原理是其中組件的調用，主要原因是java服務庫運行后發送的各個intent。消息的發送各個應用程序的啟動，一般都是由于系統服務器當中的activitymanagerservice在初始化完成后發送了某種特殊的消息，其中造成應用程序啟動的兩個原因是啟動了桌面(HOME)活動和發送了啟動結束(ACTION_BOOT_COMPLETED)廣播。Activitymanagerservice當中的starthomeactivitylocked()方法和桌面啟動有關系。而finishbooting()將在啟動結束的時候被調用，其核心思想是包含一個動作名稱為Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED的intent發送廣播，因此各個應用程序包當中接受這個動作的BroadcastReceiver將有可能被運行。,9.1.5java應用程序部分的啟動,各個java應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，雖然應用程序進程和system_server在啟動上有因果關系，但是在運行時linux視他們為同一個進程的子進程，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，由于其中調用了set_process_name()，因此每個java應用程序的進程名稱通常就是他們的java包，在系統啟動完成后可以查看java命令進程情況，,8.1android的java本地調用,Jni,8.1android的java本地調用,Jni,9.1.5java應用程序部分的啟動,System_server和各個應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，系統不會立刻釋放每個應用程序包上下文運行，因此只需要一個應用程包中有組件運行過，他的進程就會立即存在。在系統初始化階段之后，雖然沒有主動運行某些應用，但是此時已經存在了一些各個應用進程，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)，因此實現這些窗口小部件的應用程序包就已經是啟動的進程了，有一些數據庫想關的應用程序包，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，也已經被運行過了。,9.2java層程序的結構設計,本部分介紹java層的結構化設計思路，指的是主體結構子java層的程序，程序本身依然有本地調用(C/C+)的部分，主要需要關注的方面是android特有的java框架層和java應用層的各中通信機制。,9.2.1目標和設計思路,在android的java層次中進行框架性程序設計的時候，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，包括遠程方法調用。(2)在后臺長期運行的程序，用來處理全局或者公共的內容。(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應用層各種特殊的通信機制，因此只能在java層完成。Android的java應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類和應用程序層的組件(activity、server或者broadcastreceiver)進行交互；通過uri訪問某些內容提供者；使用