深入分析AMS启动流程
2023-3-8 09:59:43 Author: 哆啦安全(查看原文) 阅读量:9 收藏

前言

AMS(ActivityManagerService)Android的核心服务之一,对于framework各个核心服务,如果不是专门去做framework开发,先了解其基本的流程机制,再慢慢深究;

今天我们就来学习下AMS

一、AMS功能概述

1、AMS介绍

  • AMS是Android中最核心的服务,主要负责系统中四大组件的启动、切换、调度及应用进程的管理和调度等工作,其职责与操作系统中的进程管理和调度模块相类似,因此它在Android中非常重要;

  • 组件状态管理:包括四大组件的开启,关闭等一系列操作,如startActivity,startActivityAndWait,activityPaused,startService,stopService,removeContentProvider等;

  • 组件状态查询:查询组件当前运行等情况。如getCallingActivity,getService等;

  • Task相关:包括removeTask,removeSubTask,moveTaskBackwards,moveTaskToFront等;

  • AMS是通过ActivityStack及其他数据结构来记录,管理系统中的Activity及其他组件状态的,并提供查询功能的一个系统服务;

2、AMS中重要的数据结构

ActivityRecord:记录了Activity的所有信息,因此它用来描述一个activity。它是在activity启动时被创建的,具体是在ActivityStarter的startActivity()中被创建的。它存储的信息主要包括以下内容:

  • service:AMS的引用

  • info:ActivityInfo,Activity中代码和AndroidManifest设置的节点信息,如launchMode

  • launcherFromPackage:启动activity的包名

  • taskAffinity:activity希望归属的栈

  • task:TaskRecord,Activity所在的TaskRecord

  • app:ProcessRecord,ActivityRecord所在的应用程序进程

  • state:ActivityState,当前activity的状态

  • icon:Activity的图标资源和标致符

  • theme:Activity的主题资源标识符

TaskRecord:用来描述一个Activity任务栈

  • taskId:任务栈的唯一标识符

  • affinity:任务栈的倾向性

  • Intent:启动这个activity的intent

  • mActivites:ArrayList<ActivityRecord>,按照历史顺序排列的Activity记录

  • mStack:ActivityStack,当前归属的ActivityStack

  • mService:AMS的引用

ActivityStack:用来管理系统所有的Activity,内部维护了Activity的所有状态,特殊状态的Activity以及和Activity相关的列表等数据;

二、AMS服务的启动流程详解

1、startBootstrapServices

private void startBootstrapServices() {        // Activity manager runs the show.     mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(                ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();     mActivityManagerService.setSystemProcess();……     mActivityManagerService.installSystemProviders();……     mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {            @Override            public void run() {                Slog.i(TAG, "Making services ready");                mSystemServiceManager.startBootPhase(                        SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);                try {                    mActivityManagerService.startObservingNativeCrashes();                } catch (Throwable e) {                    reportWtf("observing native crashes", e);                }

SystemServer中关于AMS启动时的几个关键方法,主要分为4个步骤

  • 创建AMS对象,并启动服务

  • 将AMS所在的系统进程,添加到进程管理中去

  • 为系统进程安装ContentProvider对象

  • 在systemReady方法中做善后操作

  • 一个一个的来看先这些方法的作用,这些方法就是AMS的启动和初始化过程;

2、ActivityManagerService

启动ActivityManagerService的方法

mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(

          ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

AMS服务同样是通过SystemServiceManager来启动的,那我们首先来看ActivityManagerService.Lifecycle的构造方法,然后在来看它的Start函数;

Lifecycle的构造方法中很简单就是构造一个AMS的对象

mService = new ActivityManagerService(context);

创建AMS对象的时候需要传递一个Context作为参数,那这个mSystemContext是就是上面创建的系统Context;

接着看AMS的构造方法;

public ActivityManagerService(Context systemContext) {//系统的context        mContext = systemContext;    //获得系统的ActivityThread        mSystemThread = ActivityThread.currentActivityThread();    //创建一个HandlerThread用来处理AMS接收的命令        mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,                android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND, false /*allowIo*/);        mHandlerThread.start();        mHandler = new MainHandler(mHandlerThread.getLooper());        mUiHandler = new UiHandler();    //初始化广播的队列        mFgBroadcastQueue = new BroadcastQueue(this, mHandler,                "foreground", BROADCAST_FG_TIMEOUT, false);        mBgBroadcastQueue = new BroadcastQueue(this, mHandler,                "background", BROADCAST_BG_TIMEOUT, true);        mBroadcastQueues[0] = mFgBroadcastQueue;        mBroadcastQueues[1] = mBgBroadcastQueue;    //初始化Service相关的容器        mServices = new ActiveServices(this);    //初始化Provider相关的Map,里面保存了注册的ContentProvider        mProviderMap = new ProviderMap(this);        //初始化并创建data/system/目录        File dataDir = Environment.getDataDirectory();        File systemDir = new File(dataDir, "system");        systemDir.mkdirs();    //初始化电量统计服务相关的信息        mBatteryStatsService = new BatteryStatsService(systemDir, mHandler);        mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();        mBatteryStatsService.scheduleWriteToDisk();        mOnBattery = DEBUG_POWER ? true                : mBatteryStatsService.getActiveStatistics().getIsOnBattery();        mBatteryStatsService.getActiveStatistics().setCallback(this);    //初始化系统统计服务,用于统计系统的运行信息        mProcessStats = new ProcessStatsService(this, new File(systemDir, "procstats"));        mAppOpsService = new AppOpsService(new File(systemDir, "appops.xml"), mHandler);        mGrantFile = new AtomicFile(new File(systemDir, "urigrants.xml"));        //创建系统的第一个user,userID为0,该用户具有管理员权限        mStartedUsers.put(UserHandle.USER_OWNER, new UserState(UserHandle.OWNER, true));        mUserLru.add(UserHandle.USER_OWNER);        updateStartedUserArrayLocked();    //获取opengle的版本        GL_ES_VERSION = SystemProperties.getInt("ro.opengles.version",            ConfigurationInfo.GL_ES_VERSION_UNDEFINED);        //初始化字体语言等配置信息        mConfiguration.setToDefaults();        mConfiguration.setLocale(Locale.getDefault());     ……;        mRecentTasks = new RecentTasks(this);    //初始化StackSupervisor,该类是Activity启动和调度的核心类        mStackSupervisor = new ActivityStackSupervisor(this, mRecentTasks);        mTaskPersister = new TaskPersister(systemDir, mStackSupervisor, mRecentTasks);
  • AMS的构造方法主要是在做一些初始化的先关操作;

  • 保存了自己的运行环境的Context和ActivityThread;

  • AMS负责调度四大组件,所以会初始化broadcast,service和contentProvider相关的变量,接着初始化了电量统计服务,创建了系统的第一个用户,初始化了基本的配置信息,还创建了Activity调度的核心类,因为Activity调度比较复杂,Activity相关的信息初始化会在ActivityStackSupervisor中;

3、start

AMS的start方法。 

   private void start() {        mProcessCpuThread.start();        mBatteryStatsService.publish(mContext);        LocalServices.addService(ActivityManagerInternal.class, new LocalService());    }
  • AMS的start方法很简单,只是启动了几个服务,并把AMS服务自己保存到localService中供程序内部调用;

  • AMS的构造方法和start方法中做了AMS服务一些变量的初始化和相关服务的初始化。接着看下一个重要的方法setSystemProcess;

4、setSystemProcess

ActivityManagerService的setSystemProcess方法

public void setSystemProcess() {        try {    //将AMS注册到ServiceManager中            ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true);    //注册其他服务到ServiceMananger中            ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);            ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this));            ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));            ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));            if (MONITOR_CPU_USAGE) {                ServiceManager.addService("cpuinfo", new CpuBinder(this));            }    //注册权限服务到ServiceMananger中            ServiceManager.addService("permission", new PermissionController(this));            ServiceManager.addService("processinfo", new ProcessInfoService(this));    //从PMS中查询包名为android的application,即framework-res的Application信息            ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo(                    "android", STOCK_PM_FLAGS);        //将application信息配置到开始创建的activityThread中            mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader());            synchronized (this) {        //创建了一个ProcessRecord对象,该对象中保存着系统ongoing服务的进程信息                ProcessRecord app = newProcessRecordLocked(info, info.processName, false, 0);                app.persistent = true;                app.pid = MY_PID;                app.maxAdj = ProcessList.SYSTEM_ADJ;                app.makeActive(mSystemThread.getApplicationThread(), mProcessStats);                synchronized (mPidsSelfLocked) {        然后将系统进程的processRecord对象也添加到mPidsSelfLocked集合中,和普通应用的进程一样,接收AMS的管理调度                    mPidsSelfLocked.put(app.pid, app);                }        //更细进程管理的调度信息                updateLruProcessLocked(app, false, null);                updateOomAdjLocked();            }
  • setSystemProcess方法中,首先将自己AMS服务注册到了ServiceManager中,然后又注册了权限服务等其他的系统服务;

  • 通过先前创建的Context,得到PMS服务,检索framework-res的Application信息,然后将它配置到系统的ActivityThread中;

  • 为了能让AMS同样可以管理调度系统进程,也创建了一个关于系统进程的ProcessRecord对象,ProcessRecord对象保存一个进程的相关信息;

  • 然后将它保存到mPidsSelfLocked集合中方便管理;

  • AMS具体是如何将检索到的framework-res的application信息,配置到ActivityThread中的,需要继续分析ActivityThread的installSystemApplicationInfo方法;

接着看installSystemApplicationInfo方法

public void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) {        synchronized (this) {            getSystemContext().installSystemApplicationInfo(info, classLoader);        }    }

这个方法中最终调用上面创建的SystemContext的installSystemApplication方法,那就接着看ConxtextImpl的installSystemApplication方法。

void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) {        mPackageInfo.installSystemApplicationInfo(info, classLoader);    }
  • 它有最终调用了mPackageInfo的installSystemApplication方法,mPackageInfo就是在创建Context对象的时候传进来的LoadedApk,里面保存了一个应用程序的基本信息;

  • setSystemProcess主要就是设置系统集成的一些信息,在这里设置了系统进程的Application信息,创建了系统进程的ProcessRecord对象将其保存在进程集合中,方便AMS管理调度;

5、installSystemProvider

  • ActivityManagerService的installSystemProvider方法;

  • Android系统中有很多配置信息都需要保存,这些信息是保存在SettingsProvider中,而这个SettingsProvider也是运行在SystemServer进程中的,由于SystemServer进程依赖SettingsProvider,放在一个进程中可以减少进程间通信的效率损失;

  • 下面就来分析下如何将SettingsProvider.apk也加载到SystemServer进程中;

public final void installSystemProviders() {        List<ProviderInfo> providers;        synchronized (this) {            //找到名称为”System”的进程,就是上一步创建的processRecord对象            ProcessRecord app = mProcessNames.get("system", Process.SYSTEM_UID);            //找到所有和system进程相关的ContentProvider            providers = generateApplicationProvidersLocked(app);            if (providers != null) {                for (int i=providers.size()-1; i>=0; i--) {                    ProviderInfo pi = (ProviderInfo)providers.get(i);                    //再次确认进程为system的provider,把不是该进程provider移除                    if ((pi.applicationInfo.flags&ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) == 0) {                        Slog.w(TAG, "Not installing system proc provider " + pi.name                                + ": not system .apk");                        providers.remove(i);                    }                }            }        }        if (providers != null) {            //把provider安装到系统的ActivityThread中            mSystemThread.installSystemProviders(providers);        }        mCoreSettingsObserver = new CoreSettingsObserver(this);    }

找到名称为system的进程对象,就是SystemServer进程,然后根据进程对象去查询所有有关的ContentProvider,调用系统进程的主线程ActivityThread安装所有相关的ContentProvider,具体是如何查找相关的contentProvider和如何安装ContentProvider到系统主线程的,接着分析下面两个方法;

private final List<ProviderInfo> generateApplicationProvidersLocked(ProcessRecord app) {        List<ProviderInfo> providers = null;        try {            //调用PMS根据进程ID和进程名称来查询Provider            ParceledListSlice<ProviderInfo> slice = AppGlobals.getPackageManager().                queryContentProviders(app.processName, app.uid,                        STOCK_PM_FLAGS | PackageManager.GET_URI_PERMISSION_PATTERNS);            providers = slice != null ? slice.getList() : null;        } catch (RemoteException ex) {        }        int userId = app.userId;        if (providers != null) {            int N = providers.size();            for (int i=0; i<N; i++) {                ProviderInfo cpi =                    (ProviderInfo)providers.get(i);               ……                ComponentName comp = new ComponentName(cpi.packageName, cpi.name);           //从AMS管理的contentProvider列表中查询对应的provider     ContentProviderRecord cpr = mProviderMap.getProviderByClass(comp, userId);                if (cpr == null) {                    //如果AMS的Provider列表中没有对应的Provider实例,就根据查询的provider信息,创建一个对象保存到队列中                    cpr = new ContentProviderRecord(this, cpi, app.info, comp, singleton);                    mProviderMap.putProviderByClass(comp, cpr);                }               //同时将provider保存到processRecord对象的pubProviders列表中                app.pubProviders.put(cpi.name, cpr);                ……            }        }        return providers;    }
  • 这个方法就是从PMS中查询和SystemServer进程相关的Provider,也就是SettingsProvder,然后将它保存到AMS的contentProvider列表中;

  • 同时也将它保存到系统进程对象ProcessRecord的变量pubProviders列表中,保存到AMS的provider列表中是因为AMS需要管理所有的ContentProvder;

  • 保存到进程对象的pubProviders列表中是因为,每个ContentProvider都需要对应到一个进程中去;

  • 接着看如何将SettingsProvider安装到系统的主进程中去;

private void installContentProviders(            Context context, List<ProviderInfo> providers) {         ……        for (ProviderInfo cpi : providers) {            //通过installProvider方法把provider封装成一个ContentProviderHolder对象,有利于进程间传输            IActivityManager.ContentProviderHolder cph = installProvider(context, null, cpi,                    false /*noisy*/, true /*noReleaseNeeded*/, true /*stable*/);            if (cph != null) {                cph.noReleaseNeeded = true;                results.add(cph);            }        }        try {            //将上面得到的contentProviderHolder对象发布到AMS服务,getApplicationThread代表本地进程的一个binder对象,binder对象可跨进程传输,它在AMS中对应一个ProcessRecord.            ActivityManagerNative.getDefault().publishContentProviders(                getApplicationThread(), results);       ……    }
  • 该方法将得到的contentProvider对象封装成了contentProviderHolder对象,其实就是Binder对象,这样就可以进程间传输了,然后跨进程调用AMS服务注册Provider;

  • AMS负责管理ContentProvider,只有将ContentProvider注册到AMS服务其他进程才能访问;

  • 接着看AMS如何注册Provider;

6、publishContentProviders

public final void publishContentProviders(IApplicationThread caller,            List<ContentProviderHolder> providers) {           ……            //根据调用者的进程得到相应的processRecord对象,就是系统进程的ProcessRecord            final ProcessRecord r = getRecordForAppLocked(caller);           ……            final int N = providers.size();            for (int i = 0; i < N; i++) {                //ActivityThread客户端传过来的provider src                ContentProviderHolder src = providers.get(i);                //根据src provider name得到一开始保存的进程中保存的ProciderRecord                ContentProviderRecord dst = r.pubProviders.get(src.info.name);                if (dst != null) {                    ComponentName comp = new ComponentName(dst.info.packageName, dst.info.name);                    //按类将它保存在mProviderMap中                    mProviderMap.putProviderByClass(comp, dst);                    String names[] = dst.info.authority.split(";");                    for (int j = 0; j < names.length; j++) {                        //按authority保存在mProviderMap中                        mProviderMap.putProviderByName(names[j], dst);                    }                   ……                    }
  • AMS的注册服务就是根据参数传过来的provider信息,找到原先进程中pubProviders列表中保存的ContentProviderRecord,然后将它分别以类为key保存在mProviderMap中,和以authority为key保存在mProviderMap中;

  • 即AMS提供了多种方案来查找一个ContentProvider,一种是通过authority来查找,一种是指明CompomentName来查找;

  • 此刻位置一个SettingsProvider就正式注册到SystemServer进程中了,所以可以看出installSystemProvider方法的主要工作就是按照普通进程类似的方式,将SettingsProvider注册到系统进程中,方便系统进程对settings的配置数据进行调用;

7、systemReady

ActivityManagerService的systemReady方法

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {        synchronized(this) {            //初始化Doze模式的controller            mLocalDeviceIdleController                    = LocalServices.getService(DeviceIdleController.LocalService.class);        //重置RecentTasks            mRecentTasks.clear();            mRecentTasks.addAll(mTaskPersister.restoreTasksLocked());            mRecentTasks.cleanupLocked(UserHandle.USER_ALL);            mTaskPersister.startPersisting();            ……            //设置systemReady为true            mSystemReady = true;        }        ArrayList<ProcessRecord> procsToKill = null;        //收集那些在AMS之前启动的进程        synchronized(mPidsSelfLocked) {            for (int i=mPidsSelfLocked.size()-1; i>=0; i--) {                ProcessRecord proc = mPidsSelfLocked.valueAt(i);                if (!isAllowedWhileBooting(proc.info)){                    if (procsToKill == null) {                        procsToKill = new ArrayList<ProcessRecord>();                    }                    procsToKill.add(proc);                }            }        }       //将那些在AMS之前启动的进程杀死,有的进程不能再AMS之前启动        synchronized(this) {            if (procsToKill != null) {                for (int i=procsToKill.size()-1; i>=0; i--) {                    ProcessRecord proc = procsToKill.get(i);                    Slog.i(TAG, "Removing system update proc: " + proc);                    removeProcessLocked(proc, true, false, "system update done");                }            }        }        //从settingsProvider的设置总初始化部分变量        retrieveSettings();        //调用callback方法,该方法在systemServer代码中实现        if (goingCallback != null) goingCallback.run();                    //查询那些persistent为1的application,并启动他们所在的进程                    List apps = AppGlobals.getPackageManager().                        getPersistentApplications(STOCK_PM_FLAGS);                    if (apps != null) {                        int N = apps.size();                        int i;                        for (i=0; i<N; i++) {                            ApplicationInfo info                                = (ApplicationInfo)apps.get(i);                            if (info != null &&                                    !info.packageName.equals("android")) {                                addAppLocked(info, false, null /* ABI override */);                            }            }            //启动HomeActivity,也就是launcher程序            mBooting = true;            startHomeActivityLocked(mCurrentUserId, "systemReady");           ……        }    }

SystemReady方法也是比较长,大致可以分为:

  • 第一:在systemReady的时候初始化了deviceIdleController等对象

  • 第二:移除并杀死了那些不该在AMS之前启动的进程

  • 第三:执行了参数传入的回调函数

  • 第四:启动了Launcer界面

  • 第五:启动那些persistent配置为1的进程;

  • 再来看些systemReady参数的回调函数做了什么工作.

try {                    //ams开始监听native层的crash信息                    mActivityManagerService.startObservingNativeCrashes();                } catch (Throwable e) {                    reportWtf("observing native crashes", e);                }                //初始化webVew                WebViewFactory.prepareWebViewInSystemServer();                try {                    //启动systemUI                    startSystemUi(context);                } catch (Throwable e) {                    reportWtf("starting System UI", e);                }                try {                    //调用其他服务的systemready方法                    if (networkScoreF != null) networkScoreF.systemReady();                } catch (Throwable e) {                    reportWtf("making Network Score Service ready", e);                }

这个回调函数中主要工作就是启动systemUI并调用其他服务的systemReady方法,SystemReady函数完成了系统就绪的必要的工作,启动了HomeActivity和SystemUI,然后Android系统就全部启动了;

总结

AMS服务启动主要分为几个步骤:

  •  调用AMS的构造方法和start方法,对AMS必要的内容进行初始化;

  •  将函数AMS注册到ServiceManager中,同时对systemServer进程也创建了一个ProcessRecord对象,并设置Context的appliation为framework-res的application对象;

  •  将settingsProvider加载到系统进程systemServer中;

  •  调用systemReady方法做一些启动前的就绪工作,并启动了HomeActivity和SystemUI;

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