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Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

2020-08-25 11:12:42
来源：互联网
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Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

前面几节讲解了SystemServer的架构、启动流程以及被Zygote 进程fork的流程，这一节重点讲解ActivityManagerService -AMS 服务是如何启动的。


Android 10.0系统源码取经之路——启动篇

Android系统架构浅析-「Android取经之路」

Android是怎么启动的-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之init进程（二）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之init进程（二）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之init进程（三）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之init进程（四）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之Zygote进程（一）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之Zygote进程（二）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之Zygote进程（三）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之Zygote进程（四）-「Android取经之路」

Android 10.0系统启动之SystemServer进程（一）

Android 10.0系统启动之SystemServer进程（二）

1.概述

上一节我们讲完了SystemServer的启动过程，这一节接着上一节的步骤，来讲解ActivityManagerService的启动过程。

ActivityManagerService简称AMS，具有管理Activity行为、控制activity的生命周期、派发消息事件、内存管理等功能。

2.核心源码

/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
/frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
/frameworks/base/core/java/android/app/Instrumentation.java
/frameworks/base/core/java/android/app/ContextImpl.java
/frameworks/base/core/java/android/app/LoadedApk.java
/frameworks/base/core/java/android/app/Application.java

/frameworks/base/core/java/com/android/server/LocalServices.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ServiceThread.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityTaskManagerService.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityTaskManagerInternal.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/RootActivityContainer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java


3.架构

ActivityManagerService启动共分为以下4个阶段：

阶段1：为SystemSerer进程创建Android运行环境。AMS运行与SystemServer进程中，它的许多工作依赖于该运行环境

createSystemContext() -> new ActvityThread()

-->attach ->getSystemContext ->createSystemContext


阶段2：启动AMS，主要进行一些初始化工作

new ActivityManagerService()

start()


阶段3：将SystemServer进程纳入到AMS的进程管理体系中

setSystemProcess() //将framework-res.apk的信息加入到SystemServer进程的LoadedApk中；构建SystemServer进程的ProcessRecord，保存到AMS中，以便AMS进程统一管理

installSystemProvider() //安装SystemServer进程中的SettingsProvider.apk


阶段4：AMS启动完成，通知服务或应用完成后续的工作，或直接启动一些进程

AMS.systemReady() //许多服务或应用进程必须等待AMS完成启动工作后，才能启动或进行一些后续工作；AMS就是在systemReady中，通知或者启动这些等待的服务和应用进程，例如启动桌面等。


ActivityManagerService时序图如下：


Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.源码分析

ActivityManagerService启动流程：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

SystemServer启动服务方法：


Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4. ActivityManagerService启动流程-源码分析

4.1 SystemServer启动

Zygote进行启动后，第一个Fork出SystemServer进程

SystemServer的启动流程可以参考我之前的文章，这里只分析与AMS相关的启动流程：

1.初始化 SystemContext

2.创建SystemServiceManager 对象，用来启动后面的服务

3.启动系统服务，共分为三种系统服务：系统引导服务（Boot Service）、核心服务（Core Service）和其他服务（Other Service）

4.在引导服务（Boot Service）中启动ATM、AMS服务

5.在其他服务（Other Service）中完成AMS的最后工作systemReady

源码：

[SystemServer.java]

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.1.1 [SystemServer.java] startBootstrapServices()

说明：启动引导服务，在其中启动了ATM和AMS服务，通过AMS安装Installer、初始化Power，设置系统进程等。

源码：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.1.2 [SystemServer.java] startOtherServices

说明：启动其他服务，AMS启动后，完成后续桌面启动等操作

源码：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.2 System Context初始化

说明：在SystemServer的run函数中，在启动AMS之前，调用了createSystemContext函，主要用来是初始化 System Context和SystemUi Context，并设置主题

当SystemServer 调用createSystemContext()完毕后，完成以下两个内容：

1、得到了一个ActivityThread对象，它代表当前进程 (此时为系统进程) 的主线程；

2、得到了一个Context对象，对于SystemServer而言，它包含的Application运行环境与framework-res.apk有关。

源码：

[SystemServer.java]

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4.2.1 [ActivityThread.java] systemMain()

说明：systemMain函数主要作用是： 创建ActivityThread对象，然后调用该对象的attach函数。

源码：

[ActivityThread.java]

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4.2.2 ActivityThread 对象创建

说明：ActivityThread是Android Framework中一个非常重要的类，它代表一个应用进程的主线程，其职责就是调度及执行在该线程中运行的四大组件。

注意到此处的ActivityThread创建于SystemServer进程中。

由于SystemServer中也运行着一些系统APK，例如framework-res.apk、SettingsProvider.apk等，因此也可以认为SystemServer是一个特殊的应用进程。

AMS负责管理和调度进程，因此AMS需要通过Binder机制和应用进程通信。

为此，Android提供了一个IApplicationThread接口，该接口定义了AMS和应用进程之间的交互函数。

ActivityThread的构造函数比较简单，获取ResourcesManager的单例对象.

源码：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.2.3 [ActivityThread.java] attach

说明：对于系统进程而言，ActivityThread的attach函数最重要的工作就是创建了Instrumentation、Application和Context

调用：attach(true, 0)，传入的system为0

源码：

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Instrumentation

Instrumentation是Android中的一个工具类，当该类被启用时，它将优先于应用中其它的类被初始化。

此时，系统先创建它，再通过它创建其它组件。

mInstrumentation = new Instrumentation();

mInstrumentation.basicInit(this);


Context

Context是Android中的一个抽象类，用于维护应用运行环境的全局信息。

通过Context可以访问应用的资源和类，甚至进行系统级的操作，例如启动Activity、发送广播等。

ActivityThread的attach函数中，通过下面的代码创建出系统应用对应的Context:

ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(

this, getSystemContext().mPackageInfo);


Application:

Android中Application类用于保存应用的全局状态。

在ActivityThread中，针对系统进程，通过下面的代码创建了初始的Application：

mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);

mInitialApplication.onCreate();


4.2.4 [ContextImpl.java] getSystemContext()

说明：创建并返回System Context

源码：

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补充说明：createSystemContext的内容就是创建一个LoadedApk，然后初始化一个ContextImpl对象。

注意到createSystemContext函数中，创建的LoadApk对应packageName为”android”，也就是framwork-res.apk。

由于该APK仅供SystemServer进程使用，因此创建的Context被定义为System Context。

现在该LoadedApk还没有得到framwork-res.apk实际的信息。

当PKMS启动，完成对应的解析后，AMS将重新设置这个LoadedApk。

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4.3 SystemServiceManager 创建

说明：通过 SystemServiceManager 的构造方法创建一个 SystemServiceManager 对象，并将该对象添加到 LocalServices 中。

源码：

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4.3.1 [SystemServiceManager.java] SystemServiceManager()

说明：SystemServiceManager 对象主要用于管理 SystemService 的创建、启动等生命周期，SystemService 类是一个抽象类

在 SystemServiceManager 中都是通过反射创建 SystemService 中对象的，而且在 startService(@NonNull final SystemService service) 方法中，会将 SystemService 添加到 mServices 中，并调用 onStart() 方法

SystemServiceManager构造函数没有多少内容，主要是把传进来的system Context赋值给 mContext，供后续服务创建使用

源码：

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4.3.2 [LocalServices.java] addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);

说明：把SystemServiceManager的对象加入到本地服务的全局注册表中

源码：

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4.4 ActivityTaskManagerService 服务启动

说明：ActivityTaskManagerService简称ATM，Android10中引入新功能,用来管理Activity的启动、调度等功能

源码：

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4.4.1 ATM服务启动过程

说明：从4.3.1 中我们知道SystemServiceManager.startService最终调用的是启动对象中的onStart方法

因此ATM启动，最终会调用ActivityTaskManagerService.Lifecycle.onStart()来启动ATM服务

源码：

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4.4.2 ActivityTaskManagerService 对象创建

说明：ActivityTaskManagerService简称ATM, Android10新引入功能，用来管理Activity的启动、调度等功能

Android10 中把原先在AMS中activity的管理移动到ATM中

从Android 10的代码路径可以看出，管理Activity的ATM被放入到的wm路径中，这个路径原先归WindowManagerService -WMS控制，谷歌的目的也是希望在将来把activity和window融合在一起，减少冗余代码以及AMS和WMS的协调工作

ATM的路径为：

frameworks\base\services\core\java\com\android\server\wm

AMS的路径为：

frameworks\base\services\core\java\com\android\server\am

ATM服务提供了AIDL接口供


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4.4.3 [ActivityTaskManagerService.java] start()

说明：将 ActivityTaskManagerInternal添加到本地服务的全局注册表中，ActivityTaskManagerInternal为抽象类

源码：

    private void start() {
        LocalServices.addService(ActivityTaskManagerInternal.class, mInternal);
    }

4.5 ActivityManagerService 服务启动

说明：ActivityManagerService简称AMS,在Android 10的版本中，Activity的管理和调度移到ATM中，AMS负责 service,broadcast,provider的管理和调度

源码：

    private void startBootstrapServices() {
        ...
        //启动AMS
        mActivityManagerService = ActivityManagerService.Lifecycle.startService(
                    mSystemServiceManager, atm);
        ...
    }

4.5.1 AMS服务启动过程

说明：从4.3.1 中我们知道SystemServiceManager.startService最终调用的是启动对象中的onStart方法

因此AMS服务启动，最终会调用ActivityManagerService.Lifecycle.onStart()来启动ATM服务

源码：

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4.5.2 AMS 对象创建

说明：Android10中,Activity的管理和调度放入到ATM中执行，AMS中保留 service,broadcast,provider的管理和调度

构造函数初始化主要工作就是初始化一些变量，供之后的service,broadcast,provider的管理和调度

源码：

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4.5.3 [ActivityManagerService.java] start()

说明：start中做了两件事

1)启动 CPU 监控线程，在启动 CPU 监控线程之前，首先将进程复位

2)注册电池状态服务和权限管理服务

源码：

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4.6 [SystemServer.java] setSystemProcess()

说明：为系统进程设置应用程序实例并开始

源码：

    private void startOtherServices() {
        //参考[4.6.1]
        Set up the Application instance for the system process and get started.
        mActivityManagerService.setSystemProcess();
    }

4.6.1 [ActivityManagerService.java] setSystemProcess()

说明：AMS的setSystemProcess主要有四个主要的功能：

1)注册一些服务:包括 activity、procstats、meminfo、gfxinfo、dbinfo、permission、processinfo

2)获取package名为“android”的应用的 ApplicationInfo；

3)为ActivityThread 安装 system application相关信息,将framework-res.apk对应的ApplicationInfo安装到LoadedApk中的mApplicationInfo

4)为systemserver 主进程开辟一个ProcessRecord来维护进程的相关信息

5)AMS进程管理相关的操作。

源码：

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4.7 完成ActivityManagerService 最后工作

[ActivityManagerService.java] systemReady()

说明：AMS的systemReady 处理分为三个阶段


阶段1：主要是调用一些关键服务的初始化函数， 然后杀死那些没有FLAG_PERSISTENT却在AMS启动完成前已经存在的进程，

同时获取一些配置参数。 需要注意的是，由于只有Java进程才会向AMS注册，而一般的Native进程不会向AMS注册，因此此处杀死的进程是Java进程。


阶段2：执行goingCallback的处理，主要的工作就是通知一些服务可以进行systemReady、systemRunning相关的工作，并进行启动服务或应用进程的工作

阶段3：启动Home Activity，当启动结束，并发送

ACTION_BOOT_COMPLETED广播时，AMS的启动过程告一段落

源码：

    private void startOtherServices() {
        mActivityManagerService.systemReady(() -> {xxxxxgoingCallbackxxx, BOOT_TIMINGS_TRACE_LOG);
    }

    public void systemReady(final Runnable goingCallback, TimingsTraceLog traceLog) {
        阶段1：关键服务的初始化
        阶段2：goingCallback处理
        阶段3：启动Home Activity，完成AMS启动
    }

4.7.1 systemReady 阶段1

说明：主要是调用一些关键服务的初始化函数， 然后杀死那些没有 FLAG_PERSISTENT 却在AMS启动完成前已经存在的进程，

同时获取一些配置参数。 需要注意的是，由于只有Java进程才会向AMS注册，而一般的Native进程不会向AMS注册，因此此处杀死的进程是Java进程。

源码：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.7.2 systemReady 阶段2

说明：执行goingCallback的处理，主要的工作就是通知一些服务可以进行systemReady相关的工作，并进行启动服务或应用进程的工作

源码：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」


4.7.2.1 goingCallback.run()

说明：监控Native的crash，启动WebView，执行一些服务的systemReady 和systemRunning方法

源码：

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4.7.2.2 [ActivityManagerService.java] startPersistentApps

说明:启动persistent为1的application所在的进程

源码：

Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

4.7.2.3 启动systemUI startSystemUi

说明：启动system UI, 启动服务

服务名称：”com.android.systemui/.SystemUIService”

源码：

[SystemServer.java]

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4.7.3 systemReady 阶段3

说明：启动Home Activity，当启动结束，并发送ACTION_BOOT_COMPLETED广播时，AMS的启动过程告一段落

源码：

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4.7.3.1 [ActivityTaskManagerService] startHomeOnAllDisplays

说明：启动Luncher

源码：

[ActivityTaskManagerService.java]

public boolean startHomeOnAllDisplays(int userId, String reason) {
        synchronized (mGlobalLock) {
            //调用RootActivityContainer的startHomeOnAllDisplays()，最终到startHomeOnDisplay()
            return mRootActivityContainer.startHomeOnAllDisplays(userId, reason);
        }
    }

[RootActivityContainer.java]

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5.Android10中AMS的一些变化

在Android 10 中安卓为了将来的方案更设计更加明确，对AMS做了很多修改,安卓的最终目的是把activity 和window融合，在Android 10.0上只是简单的代码路径变化，整体逻辑还是跟Android 9.0 类似

Android 10中引入了ActivityTaskManager--ATM的概念。

5.1 Android P 的冗余问题

Android 9.0 及以前版本，Acitivity 管理由AMS 和WMS 协作完成，导致在AMS 和WMS 中都有相似功能的实体，除了大量的代码冗余之外，二者之间的协作也非常困难。


Android 10.0系统服务之AMS启动流程--「Android取经之路」

5.2 Android 10的变化

从Android 10.0 的代码变更看，google 最终的目的是把activity 和window融合，目前发布的版本虽然做了大量的代码变更，但和P 之前的版本的流程变化不大，

目前只是简单的把代码整理到一起了，还属于中间状态，按android文档介绍，完全融合在M 甚至更靠后的版本才能完成。

目前已完成的工作：

  1. 把AMS 下面只和activity 管理相关的代码移到WMS的目录下，actvityStack、activityRecord 等文件，全部移到WMS 目录下，和window 统一管理：
  2. AMS 中部分文件拆分，把原来activity和其他组件融合在一起处理的文件进行拆分，activity 相关部分单独拆分，移到WMS 中统一管理。比如ActivityManagerService.java 拆分成了ActivityManagerService.java 和ActivityTaskManagerService.java 两个文件，activity 的启动由ActivityTaskManagerService.java 负责。
  3. 因为Activity 和window的管理统一由WMS 完成，不再需要之前的DispayWindowController、stackWindowController 来居中协调，可以把display、stack、task 等统一管理。
  4. 最终要做到完全融合，以stack 为例，完成后会把taskstack的功能完全融合进activityStack，目前只做到了在activityStack 中包含taskstack。创建、管理流程也随之发生变化。


6.总结

AMS的启动主要经历了如下几个阶段：

1）为SystemServer进程创建Android运行环境，例如System Context

2）启动AMS，做一些初始化的工作

3）将SystemServer进程纳入到AMS的进程管理体系中

4）AMS启动完成，通知服务或应用完成后续的工作，调用一些服务的systemReady()方法中，

5）启动Luncher，完成AMS的启动工作

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