AMS分析 -- 启动过程

 

一. AMS简介

   AmS可以说是Android上层系统最核心的模块之一，其主要完成管理应用进程的生命周期以及进程的Activity，Service，Broadcast和Provider等。

   从系统运行的角度看，AmS可以分为Client端和Service端：

             Client端运行在各个app进程，app进程实现了具体的 Activity，Service等，告诉系统我有那些Activity，Service等，并且调用系统接口来完成显示；

             Service端运行在 SystemServer进程，是系统级别的ActivityManagerService的具体实现，其响应Client端的系统调用请求，并且管理 Client端各个app进程的生命周期。

   

                                                         图1 AmS基本类图

 

    关于AMS的代理模式可以参考 http://www.cnblogs.com/neo-java/p/7230042.html

 

 

     如下图是AmS内部主要数据结构类图，看了code相信大家都会知道这些类都是干什么的，这儿只是总结一下。

  

                                                           图2  AmS内部主要数据结构类图

 

 

二. AMS启动过程

 启动过程主要分为四部分：

1、创建出SystemServer进程的Android运行环境。
在这一部分，SystemServer进程主要创建出对应的ActivityThread和ContextImpl，构成Android运行环境。
AMS的后续工作依赖于SystemServer在此创建出的运行环境。

2、完成AMS的初始化和启动。
在这一部分，单纯地调用AMS的构造函数和start函数，完成AMS的一些初始化工作。

3、将SystemServer进程纳入到AMS的管理体系中。
AMS作为Java世界的进程管理和调度中心，要对所有Java进程一视同仁，因此SystemServer进程也必须被AMS管理。
在这个过程中，AMS加载了SystemServer中framework-res.apk的信息，并启动和注册了SettingsProvider.apk。

4、开始执行AMS启动完毕后才能进行的工作。
系统中的一些服务和进程，必须等待AMS完成启动后，才能展开后续工作。
在这一部分，AMS通过调用systemReady函数，通知系统中的其它服务和进程，可以进行对应工作了。
在这个过程中，值得我们关注的是：Home Activity被启动了。当该Activity被加载完成后，最终会触发ACTION_BOOT_COMPLETED广播。

下面分别讲解。

 

 2.1 创建SystemServer进程的Android运行环境 

 

2.1.1  我们已经知道了，zygote创建出的第一个java进程是SystemServer。
          在SystemServer的run函数中，在启动AMS之前，调用了createSystemContext函数。

其代码如下所示：

.............
//SystemServer在启动任何服务之前，就调用了createSystemContext
//创建出的Context保存在mSystemContext中
// Initialize the system context.
createSystemContext();

// Create the system service manager.
//SystemServiceManager负责启动所有的系统服务，使用的Context就是mSystemContext
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
.............

 

我们跟进一下createSystemContext：

private void createSystemContext() {
    //调用ActivityThread的systemMain函数，其中会创建出系统对应的Context对象
    ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();

    //取出上面函数创建的Context对象，保存在mSystemContext中
    mSystemContext = activityThread.getSystemContext();

    //设置系统主题
    mSystemContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME);
}

以上函数中，最重要的就是ActivityThread.systemMain了，我们分析一下该函数。

 

2.1.2 ActivityThread.systemMain的代码如下

public static ActivityThread systemMain() {
    // The system process on low-memory devices do not get to use hardware
    // accelerated drawing, since this can add too much overhead to the
    // process.
    if (!ActivityManager.isHighEndGfx()) {
        //虽然写着ActivityManager，但和AMS没有任何关系
        //就是利用系统属性和配置信息进行判断

        //关闭硬件渲染功能
        ThreadedRenderer.disable(true);
    } else {
        ThreadedRenderer.enableForegroundTrimming();
    }

    //创建ActivityThread
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    //调用attach函数，参数为true
    thread.attach(true);
    return thread;
}

从上面的代码可以看出，ActivityThread的systemMain函数中，除了进行是否开启硬件渲染的判断外，主要作用是：
创建出ActivityThread对象，然后调用该对象的attach函数。

 

ActivityThread的构造函数比较简单：

ActivityThread() {
    mResourcesManager = ResourcesManager.getInstance();
}

 

比较关键的是它的成员变量：

..........
//定义了AMS与应用通信的接口
final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();

//拥有自己的looper，说明ActivityThread确实可以代表事件处理线程
final Looper mLooper = Looper.myLooper();

//H继承Handler，ActivityThread中大量事件处理依赖此Handler
final H mH = new H();

//用于保存该进程的ActivityRecord
final ArrayMap<IBinder, ActivityClientRecord> mActivities = new ArrayMap<>()
..........
//用于保存进程中的Service
final ArrayMap<IBinder, Service> mServices = new ArrayMap<>();
...........
//用于保存进程中的Application
final ArrayList<Application> mAllApplications = new ArrayList<Application>();
...........

我们需要知道的是，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。
在Android中，应用进程指那些运行APK的进程，它们由zygote fork出来，其中运行着独立的dalvik虚拟机。
与应用进程相对的就是系统进程，例如zygote和SystemServer。

 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。

对于上面提到的ActivityThread的成员变量，其用途基本上可以从名称中得知，这里仅说明一下ApplicationThread。

 

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。

如上图所示，ActivityThread作为应用进程的主线程代表，在其中持有ApplicationThread。ApplicationThread继承ApplicationThreadNative。
当AMS与应用进程通信时，ApplicationThread将作为Binder通信的服务端。

 AMS与应用进程通信时，通过ApplicationThreadNative获取应用进程对应的ApplicationThreadProxy对象。
通过ApplicationThreadProxy对象，将调用信息通过Binder传递到ActivityThread中的ApplicationThread。
这个调用过程，今后还会遇到，碰到的时候再详细分析。

 

2.1.3 ActivityThread.attach

我们看看ActivityThread的attach函数：

//此时，我们传入的参数为true，表示该ActivityThread是系统进程的ActivityThread
private void attach(boolean system) {
    //创建出的ActivityThread保存在类的静态变量sCurrentActivityThread
    //AMS中的大量操作将会依赖于这个ActivityThread
    sCurrentActivityThread = this;
    mSystemThread = system;

    if (!system) {
        //应用进程的处理流程
        ..........
    } else { 
        //系统进程的处理流程，该情况只在SystemServer中处理

        // Don't set application object here -- if the system crashes,
        // we can't display an alert, we just want to die die die.
        //设置DDMS(Dalvik Debug Monitor Service)中看到的SystemServer进程的名称为“system_process”
        android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("system_process",
                UserHandle.myUserId());

        try {
            //创建ActivityThread中的重要成员：Instrumentation、Application和Context
            mInstrumentation = new Instrumentation();
            ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(
                        this, getSystemContext().mPackageInfo);
            mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);
            mInitialApplication.onCreate();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(
                    "Unable to instantiate Application():" + e.toString(), e);
        }
    }

    //以下系统进程和非系统进程均会执行
    ................
    //注册Configuration变化的回调通知
    ViewRootImpl.addConfigCallback(new ComponentCallbacks2() {
        @Override
        public void onConfigurationChanged(Configuration newConfig) {
            //当系统配置发生变化时（例如系统语言发生变化），回调该接口
            ...............
        }
        .............
    });
}

从上面的代码可以看出，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。

 

 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。

此外，系统和应用组件之间的交互也将通过Instrumentation来传递。
因此，Instrumentation就能监控系统和组件的交互情况了。

实际使用时，可以创建该类的派生类进行相应的操作。
这个类在介绍启动Activity的过程时还会碰到，此处不作展开。

 

 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是Context的实现类
ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(
        this, getSystemContext().mPackageInfo);
.......

 

Application
Android中Application类用于保存应用的全局状态。

我们经常使用的Activity和Service均必须和具体的Application绑定在一起。
通过上图的继承关系，每个具体的Activity和Service均被加入到Android运行环境中。

 

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

..............
//调用LoadedApk的makeApplication函数
mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);

//启动Application
mInitialApplication.onCreate();
.............. 

 

我们看一下LoadedApk.makeApplication：

public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,
        Instrumentation instrumentation) {
    if (mApplication != null) {
        return mApplication;
    }
    .............
    Application app = null;

    String appClass = mApplicationInfo.className;
    if (forceDefaultAppClass || (appClass == null)) {
        //系统进程中，对应下面的appClass
        appClass = "android.app.Application";
    }

    try {
        java.lang.ClassLoader cl = getClassLoader();
        if (!mPackageName.equals("android")) {
            ............
        }

        ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread, this);
        //实际上最后通过反射创建出Application
        app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
                cl, appClass, appContext);
        appContext.setOuterContext(app);
    } catch (Exception e) {
        ..........
    }

    //一个进程支持多个Application，mAllApplications用于保存该进程中的Application对象
    mActivityThread.mAllApplications.add(app);
    mApplication = app;

    ..............
}

从上面的代码不难看出，这部分主要是创建framework-res.apk对应的Application，然后调用它的onCreate函数，完成启动。

 

第一步的总结
至此，createSystemContext函数介绍完毕。

 

当SystemServer调用createSystemContext完毕后：
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。

 

在继续分析AMS之前，我们先停下来思考一下，为什么在启动所有的服务前，SystemServer先要调用createSystemContext？

 个人觉得《深入理解Android》对这个问题，解释的比较好，大致意思如下：
Android努力构筑了一个自己的运行环境。
在这个环境中，进程的概念被模糊化了。组件的运行及它们之间的交互均在该环境中实现。

 createSystemContext函数就是为SystemServer进程搭建一个和应用进程一样的Android运行环境。

Android运行环境是构建在进程之上的，应用程序一般只和Android运行环境交互。
基于同样的道理，SystemServer进程希望它内部运行的应用，
也通过Android运行环境交互，因此才调用了createSystemContext函数。

 

创建Android运行环境时，
由于SystemServer的特殊性，调用了ActivityThread.systemMain函数；
对于普通的应用程序，将在自己的主线程中调用ActivityThread.main函数。

上图表示了进程的Android运行环境涉及的主要类之间的关系。
其中的核心类是ContextImpl，通过它可以得到ContentResolver、系统资源、应用信息等。

 

 2.2 AMS的初始化和启动

创建完Android运行环境后，SystemServer调用startBootstrapServices，其中就创建并启动了AMS:

private void startBootstrapServices() {
    Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);

    // Activity manager runs the show.
    //启动AMS，然后获取AMS保存到变量中
    mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
            ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

    //以下均是将变量存储到AMS中
    mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
    mActivityManagerService.setInstaller(installer);
    ..........
}

注意到上面的代码并没有直接启动AMS，而是启动AMS的内部类Lifecycle。
这是迫不得已的做法，由于AMS并没有继承SystemService，因此不能通过SystemServiceManager的startService直接启动它。
可以这样理解：内部类Lifecycle对于AMS而言，就像一个适配器一样，让AMS能够像SystemService一样被SystemServiceManager通过反射的方式启动。

 

public static final class Lifecycle extends SystemService {
    private final ActivityManagerService mService;

    public Lifecycle(Context context) {
        //Lifecycle由SystemServiceManager启动，传入的context就是SystemServer创建出的SystemContext
        super(context);

        //1、调用AMS的构造函数
        mService = new ActivityManagerService(context);
     }

    @Override
    public void onStart() {
        //2、调用AMS的start函数
        mService.start();
    }

    public ActivityManagerService getService() {
        return mService;
    }
}

接下来我们分别看看AMS的构造函数和start函数。

 

AMS的构造函数

public ActivityManagerService(Context systemContext) {
    //AMS的运行上下文与SystemServer一致
    mContext = systemContext;
    ............
    //取出的是ActivityThread的静态变量sCurrentActivityThread
    //这意味着mSystemThread与SystemServer中的ActivityThread一致
    mSystemThread = ActivityThread.currentActivityThread();
    ............
    mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,
            android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND, false /*allowIo*/);
    mHandlerThread.start();
    //处理AMS中消息的主力
    mHandler = new MainHandler(mHandlerThread.getLooper());

    //UiHandler对应于Android中的UiThread
    mUiHandler = new UiHandler();

    if (sKillHandler == null) {
        sKillThread = new ServiceThread(TAG + ":kill",
                android.os.Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND, true /* allowIo */);
        sKillThread.start();
        //用于接收消息，杀死进程
        sKillHandler = new KillHandler(sKillThread.getLooper());
    }

    //创建两个BroadcastQueue，前台的超时时间为10s，后台的超时时间为60s
    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;

    //创建变量，用于存储信息
    mServices = new ActiveServices(this);
    mProviderMap = new ProviderMap(this);
    mAppErrors = new AppErrors(mContext, this);

    //这一部分，分析BatteryStatsService时提过，进行BSS的初始化
    File dataDir = Environment.getDataDirectory();
    File systemDir = new File(dataDir, "system");
    systemDir.mkdirs();
    mBatteryStatsService = new BatteryStatsService(systemDir, mHandler);
    mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();
    mBatteryStatsService.scheduleWriteToDisk();
    mOnBattery = DEBUG_POWER ? true
            : mBatteryStatsService.getActiveStatistics().getIsOnBattery();
    mBatteryStatsService.getActiveStatistics().setCallback(this);

    //创建ProcessStatsService，感觉用于记录进程运行时的统计信息，例如内存使用情况，写入/proc/stat文件
    mProcessStats = new ProcessStatsService(this, new File(systemDir, "procstats"));

    //启动Android的权限检查服务，并注册对应的回调接口
    mAppOpsService = new AppOpsService(new File(systemDir, "appops.xml"), mHandler);
    mAppOpsService.startWatchingMode(AppOpsManager.OP_RUN_IN_BACKGROUND, null,
            new IAppOpsCallback.Stub() {
                @Override public void opChanged(int op, int uid, String packageName) {
                    if (op == AppOpsManager.OP_RUN_IN_BACKGROUND && packageName != null) {
                        if (mAppOpsService.checkOperation(op, uid, packageName)
                                != AppOpsManager.MODE_ALLOWED) {
                            runInBackgroundDisabled(uid);
                        }
                    }
                }
            });

    //用于定义ContentProvider访问指定Uri对应数据的权限，aosp中似乎没有这文件
    mGrantFile = new AtomicFile(new File(systemDir, "urigrants.xml"));

    //创建多用户管理器
    mUserController = new UserController(this);

    //获取OpenGL版本
    GL_ES_VERSION = SystemProperties.getInt("ro.opengles.version",
            ConfigurationInfo.GL_ES_VERSION_UNDEFINED);
    ............
    //资源配置信息置为默认值
    mConfiguration.setToDefaults();
    mConfiguration.setLocales(LocaleList.getDefault());
    mConfigurationSeq = mConfiguration.seq = 1;

    //感觉用于记录进程的CPU使用情况
    mProcessCpuTracker.init();

    //解析/data/system/packages-compat.xml文件，该文件用于存储那些需要考虑屏幕尺寸的APK的一些信息
    //当APK所运行的设备不满足要求时，AMS会根据xml设置的参数以采用屏幕兼容的方式运行该APK
    mCompatModePackages = new CompatModePackages(this, systemDir, mHandler);

    //用于根据规则过滤一些Intent
    mIntentFirewall = new IntentFirewall(new IntentFirewallInterface(), mHandler);

    //以下的类，似乎用于管理和监控AMS维护的Activity Task信息
    //ActivityStackSupervisor是AMS中用来管理Activity启动和调度的核心类
    mStackSupervisor = new ActivityStackSupervisor(this);
    mActivityStarter = new ActivityStarter(this, mStackSupervisor);
    mRecentTasks = new RecentTasks(this, mStackSupervisor);

    //创建线程用于统计进程的CPU使用情况
    mProcessCpuThread = new Thread("CpuTracker") {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    try {
                        //计算更新信息的等待间隔
                        //同时利用wait等待计算出的间隔时间
                        ......
                    } catch(InterruptedException e) {
                    }
                    //更新CPU运行统计信息
                    updateCpuStatsNow();
                } catch (Exception e) {
                    ..........
                }
            }
        }
    };

    //加入Watchdog的监控
    Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
    Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);
}

从代码来看，AMS的构造函数还是相对比较简单的，主要工作就是初始化一些变量。
大多数变量的用途，从命名上基本可以推测出来，实际的使用情况必须结合具体的场景才能进一步了解。

 

AMS的start函数

private void start() {
    //完成统计前的复位工作
    Process.removeAllProcessGroups();

    //开始监控进程的CPU使用情况
    mProcessCpuThread.start();

    //注册服务
    mBatteryStatsService.publish(mContext);
    mAppOpsService.publish(mContext);
    Slog.d("AppOps", "AppOpsService published");
    LocalServices.addService(ActivityManagerInternal.class, new LocalService());
}

AMS的start函数比较简单，主要是：
1、启动CPU监控线程。该线程将会开始统计不同进程使用CPU的情况。
2、发布一些服务，如BatteryStatsService、AppOpsService(权限管理相关)和本地实现的继承ActivityManagerInternal的服务。

 

至此AMS初始化相关的内容基本结束，从这些代码可以看出AMS涉及的类比较多，我们目前无法一一详述每个类的具体用途。
有机会遇到具体的场景时，再深入分析，此处有个大致印象即可。

 

2.3 将SystemServer纳入AMS的管理体系

 

2.3.1 setSystemProcess

AMS完成启动后，在SystemServer的startBootstrapServices函数中，
下一个与AMS相关的重要调用就是AMS.setSystemProcess了：

private void startBootstrapServices() {
    ...........
    // Set up the Application instance for the system process and get started.
    mActivityManagerService.setSystemProcess();
    ...........
}

 

我们跟进一下setSystemProcess函数：

public void setSystemProcess() {
    try {
        //以下是向ServiceManager注册几个服务

        //AMS自己
        ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true);

        //注册进程统计信息的服务
        ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);

        //用于打印内存信息用的
        ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this));

        //用于输出进程使用硬件渲染方面的信息
        ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));

        //用于输出数据库相关的信息
        ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));

        //MONITOR_CPU_USAGE默认为true
        if (MONITOR_CPU_USAGE) {
            //用于输出进程的CPU使用情况
            ServiceManager.addService("cpuinfo", new CpuBinder(this));
        }

        //注册权限管理服务
        ServiceManager.addService("permission", new PermissionController(this));

        //注册获取进程信息的服务
        ServiceManager.addService("processinfo", new ProcessInfoService(this));

        //1、向PKMS查询package名为“android”的应用的ApplicationInfo
        ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo(
                "android", STOCK_PM_FLAGS | MATCH_SYSTEM_ONLY);

        //2、调用installSystemApplicationInfo
        mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader());

        //3、以下与AMS的进程管理有关
        synchronized (this) {
            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) {
                mPidsSelfLocked.put(app.pid, app);
            }
            updateLruProcessLocked(app, false, null);
            updateOomAdjLocked();
        }
    } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(
                "Unable to find android system package", e);
    }
}

 从上面的代码可以看出，AMS的setSystemProcess主要有四个主要的功能：

• 1、注册一些服务；
• 2、获取package名为“android”的应用的ApplicationInfo；
• 3、调用ActivityThread的installSystemApplicationInfo；
• 4、AMS进程管理相关的操作。

 这四个主要的功能中，第一个比较简单，就是用Binder通信完成注册。
我们主要看看后三个功能对应的流程。

 

功能二，获取ApplicationInfo

如前所述，这部分相关的代码为：

..........
ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo(
        "android", STOCK_PM_FLAGS | MATCH_SYSTEM_ONLY);
..........

我们先看看mContext.getPackageManager()的操作过程。

 我们已经知道mContext的实现类是ContextImpl，其中对应的代码如下：

@Override
public PackageManager getPackageManager() {
    if (mPackageManager != null) {
        return mPackageManager;
    }

    //依赖于ActivityThread的getPackageManager函数
    IPackageManager pm = ActivityThread.getPackageManager();
    if (pm != null) {
        // Doesn't matter if we make more than one instance.
        //利用PKMS的代理对象，构建ApplicationPackageManager
        //该类继承PackageManager
        return (mPackageManager = new ApplicationPackageManager(this, pm));
    }

    return null;
}

 

跟进一下ActivityThread中的getPackageManager：

public static IPackageManager getPackageManager() {
    if (sPackageManager != null) {
        //Slog.v("PackageManager", "returning cur default = " + sPackageManager);
        return sPackageManager;
    }
    //依赖于Binder通信，获取到PKMS对应的BpBinder
    IBinder b = ServiceManager.getService("package");
    .....................
    //得到PKMS对应的Binder服务代理
    sPackageManager = IPackageManager.Stub.asInterface(b);
    ....................
    return sPackageManager;
}

从上面的代码我们可以看到，AMS获取PKMS用到了Binder通信。

 

实际上，PKMS由SystemServer创建，与AMS运行在同一个进程，AMS完全可以不经过Context、ActivityThread、Binder来获取PKMS。

 

根据一些资料，推断出原生代码这么做的原因是：
SystemServer进程中的服务，也使用Android运行环境来交互， 保留了组件之间交互接口的统一，为未来的系统保留了可扩展性。

得到PKMS的代理对象后，AMS调用PKMS的getApplicationInfo接口，获取package名为”android”的ApplicationInfo。

在AMS的setSystemProcess被调用前，PKMS已经启动了。
之前分析PKMS的博客中，我们已经提到，在PKMS的构造函数中，它将解析手机中所有的AndroidManifest.xml，然后形成各种数据结构以维护应用的信息。

getApplicationInfo就是通过package名，从对应的数据结构中，取出对应的应用信息，这部分内容主要就是查询数据结构的内容，不作深入分析。

 

功能三，installSystemApplicationInfo
得到framework-res.apk对应的ApplicationInfo后，需要将这部分ApplicationInfo保存到SystemServer对应的ActivityThread中。

这部分对应的代码为：

..............
mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader());
..............

AMS中的mSystemThread就是SystemServer中创建出的ActivityThread。

因此我们跟进一下ActivityThread的installSystemApplicationInfo函数：

public void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) {
    synchronized (this) {
        //调用SystemServer中创建出的ContextImpl的installSystemApplicationInfo函数
        getSystemContext().installSystemApplicationInfo(info, classLoader);

        // give ourselves a default profiler
        //创建一个Profiler对象，用于性能统计
        mProfiler = new Profiler();
    }
}

 

继续跟进ContextImpl的installSystemApplicationInfo函数：

void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) {
    //前面已经提到过mPackageInfo的类型为LoadedApk
    mPackageInfo.installSystemApplicationInfo(info, classLoader);
}

 

 随着流程进入到LoadedApk：

/**
* Sets application info about the system package.
*/
void installSystemApplicationInfo(ApplicationInfo info, ClassLoader classLoader) {
    //这个接口仅供系统进程调用，故这里断言一下
    assert info.packageName.equals("android");

    mApplicationInfo = info;
    mClassLoader = classLoader;
}

至此，我们知道了installSystemApplicationInfo的真相就是：
将“android”对应的ApplicationInfo（即framework-res.apk对应的ApplicationInfo），
加入到SystemServer之前调用createSystemContext时，创建出的LoadedApk中。
毕竟SystemServer创建System Context时，PKMS并没有完成对手机中文件的解析，初始的LoadedApk中并没有持有有效的ApplicationInfo。

 

在此基础上，AMS下一步的工作就呼之欲出了。

由于framework-res.apk运行在SystemServer进程中，而AMS是专门用于进程管理和调度的，因此SystemServer进程也应该在AMS中有对应的管理结构。

于是，AMS的下一步工作就是将SystemServer的运行环境和一个进程管理结构对应起来，并进行统一的管理。

 

功能四， AMS进程管理

注意到上面的ContentProvider注册到AMS后，进行了notifyAll的操作。
举例来说：进程A需要查询一个数据库，需要通过进程B中的某个ContentProvider来实施。
如果B还未启动，那么AMS就需要先启动B。在这段时间内，A需要等待B启动并注册对应的ContentProvider。
B一旦完成ContentProvider的注册，就需要告知A退出等待以继续后续的查询工作。

setSystemProcess函数中，进程管理相关的代码为：

.............
synchronized (this) {
    //创建进程管理对应的结构ProcessRecord
    ProcessRecord app = newProcessRecordLocked(info, info.processName, false, 0);

    //由于此时创建的是SystemServer进程对应ProcessRecord
    //因此设定了一些特殊值
    app.persistent = true;
    app.pid = MY_PID;
    app.maxAdj = ProcessList.SYSTEM_ADJ;

    //将SystemServer对应的ApplicationThread保存到ProcessRecord中
    app.makeActive(mSystemThread.getApplicationThread(), mProcessStats);

    synchronized (mPidsSelfLocked) {
        //按pid将ProcessRecord保存到mPidsSelfLocked中
        mPidsSelfLocked.put(app.pid, app);
    }

    //updateLruProcessLocked来调整进程在mLruProcess列表的位置
    //在这个列表中，最近活动过得进程总是位于前列，同时拥有Activity的进程位置总是前于只有Service的进程
    updateLruProcessLocked(app, false, null);

    //更新进程对应的oom_adj值(oom_adj将决定进程是否被kill掉）
    updateOomAdjLocked();
}
...............

这里我们仅分析一下创建进程管理结构的函数newProcessRecordLocked。
updateLruProcessLocked和updateOomAdjLocked函数比较复杂，等对AMS有更多的了解后，再做分析。

 

final ProcessRecord newProcessRecordLocked(ApplicationInfo info, String customProcess,
        boolean isolated, int isolatedUid) {
    //进程的名称
    String proc = customProcess != null ? customProcess : info.processName;

    //将用于创建该进程的电源统计项
    BatteryStatsImpl stats = mBatteryStatsService.getActiveStatistics();

    final int userId = UserHandle.getUserId(info.uid);
    //isolated此时为false
    if (isolated) {
        ..........
    }
    //创建出对应的存储结构
    final ProcessRecord r = new ProcessRecord(stats, info, proc, uid);

    //判断进程是否常驻
    if (!mBooted && !mBooting
            && userId == UserHandle.USER_SYSTEM
            && (info.flags & PERSISTENT_MASK) == PERSISTENT_MASK) {
        r.persistent = true;
    }

    //按进程名将ProcessRecord存入到AMS的变量mProcessNames中
    //该变量的类型为ProcessMap<ProcessRecord> 
    //结合前面的代码，我们知道AMS有两种方式可以取到ProcessRecord
    //一是根据进程名，二是根据进程名称
    addProcessNameLocked(r);
    return r;
}

 

跟进一下ProcessRecord的构造函数：

ProcessRecord(BatteryStatsImpl _batteryStats, ApplicationInfo _info,
        String _processName, int _uid) {
    mBatteryStats = _batteryStats; //用于电量统计
    info = _info;  //保存ApplicationInfo
    ...........
    processName = _processName;  //保存进程名

    //一个进程能运行多个Package，pkgList用于保存package名
    pkgList.put(_info.packageName, new ProcessStats.ProcessStateHolder(_info.versionCode));

    //以下变量和进程调度优先级有关
    maxAdj = ProcessList.UNKNOWN_ADJ;
    curRawAdj = setRawAdj = ProcessList.INVALID_ADJ;
    curAdj = setAdj = verifiedAdj = ProcessList.INVALID_ADJ;

    //决定进程是否常驻内存（即使被杀掉，系统也会重启它）
    persistent = false;

    removed = false;
    lastStateTime = lastPssTime = nextPssTime = SystemClock.uptimeMillis();
}

 

总结
至此，我们对AMS的setSystemProcess函数分析告一段落。
从上面的代码可以看出，在这个函数中除了发布一些服务外，主要是：
将framework-res.apk的信息加入到SystemServer对应的LoadedApk中，同时构建SystemServer进程对应的ProcessRecord，
以将SystemServer进程纳入到AMS的管理中。

 

2.3.2  AMS的installSystemProviders

接下来AMS启动相关的操作，定义于SystemServer的startOtherServices函数中。

private void startOtherServices() {
    ...........
    mActivityManagerService.installSystemProviders();
    ...........
}

 

我们跟进一下AMS的installSystemProviders函数：

public final void installSystemProviders() {
    List<ProviderInfo> providers;
    synchronized (this) {
        //AMS根据进程名取出SystemServer对应的ProcessRecord
        ProcessRecord app = mProcessNames.get("system", Process.SYSTEM_UID);

        //1、得到该ProcessRecord对应的ProviderInfo
        providers = generateApplicationProvidersLocked(app);

        //这里仅处理系统级的Provider
        if (providers != null) {
            for (int i=providers.size()-1; i>=0; i--) {
                ProviderInfo pi = (ProviderInfo)providers.get(i);
                    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) {
        //2、安装Provider
        mSystemThread.installSystemProviders(providers);
    }

    //创建ContentObserver监控Settings数据库中Secure、System和Global表的变化
    mCoreSettingsObserver = new CoreSettingsObserver(this);

    //创建ContentObserver监控Settings数据库中字体大小的变化
    mFontScaleSettingObserver = new FontScaleSettingObserver();
}

从上面的代码可以看出，installSystemProviders主要是加载运行在SystemServer进程中的 ContentProvider，即SettingsProvider.apk (定义于frameworks/base/packages/SettingsProvider)。

 

上面有两个比较重要的函数：
1、generateApplicationProvidersLocked返回一个进程对应的ProviderInfo List。
2、ActivityThread可以看做是进程的Android运行环境，因此它的installSystemProviders表示为对应进程安装ContentProvider。

 

当SettingsProvider被加载到SystemServer进程中运行后，AMS就注册了两个ContentObserver监控SettingsProvider中的字段变化。
AMS监控的字段影响范围比较广，例如字体发生变化时，很多应用的显示界面都需要做出调整。
这也许就是让AMS来负责监控这些字段的原因。

 

 2.4 AMS的systemReady

接下来，我们看看AMS启动的最后一部分：systemReady。
该函数在SystemServer中startOtherServices的最后被调用：

private void startOtherServices() {
    ............
    // We now tell the activity manager it is okay to run third party
    // code.  It will call back into us once it has gotten to the state
    // where third party code can really run (but before it has actually
    // started launching the initial applications), for us to complete our
    // initialization.
    mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
        ..............
    });
}

我们分段看看AMS中systemReady的处理流程。
此处的分段并没有实际的意义，只是代码确实太长了，并且连续性不够，因此分开描述。

 

阶段一

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
    synchronized(this) {
        ..........
        //这一部分主要是调用一些关键服务SystemReady相关的函数，
        //进行一些等待AMS初始完，才能进行的工作

        // Make sure we have the current profile info, since it is needed for security checks.
        mUserController.onSystemReady();

        mRecentTasks.onSystemReadyLocked();
        mAppOpsService.systemReady();
        mSystemReady = true;
    }

    ArrayList<ProcessRecord> procsToKill = null;
    synchronized(mPidsSelfLocked) {
        //mPidsSelfLocked中保存当前正在运行的所有进程的信息
        for (int i=mPidsSelfLocked.size()-1; i>=0; i--) {
            ProcessRecord proc = mPidsSelfLocked.valueAt(i);

            //在AMS启动完成前，如果没有FLAG_PERSISTENT标志的进程已经启动了，
            //就将这个进程加入到procsToKill中
            if (!isAllowedWhileBooting(proc.info)){
                if (procsToKill == null) {
                    procsToKill = new ArrayList<ProcessRecord>();
                }
                procsToKill.add(proc);
            }
        }
    }

    synchronized(this) {
        //利用removeProcessLocked关闭procsToKill中的进程
        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");
            }
        }

        // Now that we have cleaned up any update processes, we
        // are ready to start launching real processes and know that
        // we won't trample on them any more.

        //至此系统准备完毕
        mProcessesReady = true;
    }
    ............
    //根据数据库和资源文件，获取一些配置参数
    retrieveSettings();

    final int currentUserId;
    synchronized (this) {
        //得到当前的用户ID
        currentUserId = mUserController.getCurrentUserIdLocked();

        //读取urigrants.xml，为其中定义的ContentProvider配置对指定Uri数据的访问/修改权限
        //原生代码中，似乎没有urigrants.xml文件
        //实际使用的grant-uri-permission是分布式定义的
        readGrantedUriPermissionsLocked();
    }
    ..........

这一部分的工作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。

 

阶段二

//1、调用参数传入的runnable对象，SystemServer中有具体的定义
if (goingCallback != null) goingCallback.run();
..............
//调用所有系统服务的onStartUser接口
mSystemServiceManager.startUser(currentUserId);
.............
synchronized (this) {
    // Only start up encryption-aware persistent apps; once user is
    // unlocked we'll come back around and start unaware apps
    2、启动persistent为1的application所在的进程
    startPersistentApps(PackageManager.MATCH_DIRECT_BOOT_AWARE);

    // Start up initial activity.
    mBooting = true;

    // Enable home activity for system user, so that the system can always boot
    //当isSplitSystemUser返回true时，意味者system user和primary user是分离的
    //这里应该是让system user也有启动home activity的权限吧
    if (UserManager.isSplitSystemUser()) {
        ComponentName cName = new ComponentName(mContext, SystemUserHomeActivity.class);
        try {
            AppGlobals.getPackageManager().setComponentEnabledSetting(cName,
                    PackageManager.COMPONENT_ENABLED_STATE_ENABLED, 0,
                    UserHandle.USER_SYSTEM);
        } catch (RemoteException e) {
            throw e.rethrowAsRuntimeException();
        }
    }

    //3、启动Home
    startHomeActivityLocked(currentUserId, "systemReady");

    try {
        //发送消息，触发处理Uid错误的Application
        if (AppGlobals.getPackageManager().hasSystemUidErrors()) {
            ..........
            mUiHandler.obtainMessage(SHOW_UID_ERROR_UI_MSG).sendToTarget();
        }
    } catch (RemoteException e) {
    }
    //发送一些广播信息
    ............
    //这里暂时先不深入，等进一步了解Activity的启动过程后，再做了解
    mStackSupervisor.resumeFocusedStackTopActivityLocked();
    ............
}
.............

从部分代码来看，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。

 

2.4.1 调用回调接口
回调接口的具体内容定义与SystemServer.java中，其中会调用大量服务的onBootPhase函数、一些对象的systemReady函数或systemRunning函数。
此处，我们仅截取一些比较特别的内容：

public void run() {
    ............
    try {
        //启动NativeCrashListener监听"/data/system/ndebugsocket"中的信息
        //实际上是监听debuggerd传入的信息
        mActivityManagerService.startObservingNativeCrashes();
    } catch (Throwable e) {
        reportWtf("observing native crashes", e);
    }
    ............
    try {
        //启动SystemUi
        startSystemUi(context);
    } catch (Throwable e) {
        reportWtf("starting System UI", e);
    }
    ............
    //这个以前分析过，启动Watchdog
    Watchdog.getInstance().start();
    ....................
}

 回调接口中的内容较多，不做一一分析。

 

2.4.2 启动persistent标志的进程
我们看看startPersistentApps对应的内容：

private void startPersistentApps(int matchFlags) {
    .............

    synchronized (this) {
        try {
            //从PKMS中得到persistent为1的ApplicationInfo
            final List<ApplicationInfo> apps = AppGlobals.getPackageManager()
                    .getPersistentApplications(STOCK_PM_FLAGS | matchFlags).getList();
            for (ApplicationInfo app : apps) {
                //由于framework-res.apk已经由系统启动，所以此处不再启动它
                if (!"android".equals(app.packageName)) {
                    //addAppLocked中将启动application所在进程
                    addAppLocked(app, false, null /* ABI override */);
                }
            }
        } catch (RemoteException ex) {
        }
    }
}

 

跟进一下addAppLocked函数：

final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info, boolean isolated,
        String abiOverride) {
    //以下是取出或构造出ApplicationInfo对应的ProcessRecord
    ProcessRecord app;
    if (!isolated) {
        app = getProcessRecordLocked(info.processName, info.uid, true);
    } else {
        app = null;
    }

    if (app == null) {
        app = newProcessRecordLocked(info, null, isolated, 0);
        updateLruProcessLocked(app, false, null);
        updateOomAdjLocked();
    }
    ...........
    // This package really, really can not be stopped.
    try {
        //通过PKMS将package对应数据结构的StoppedState置为fasle
        AppGlobals.getPackageManager().setPackageStoppedState(
                info.packageName, false, UserHandle.getUserId(app.uid));
    } catch (RemoteException e) {
    } catch (IllegalArgumentException e) {
        Slog.w(TAG, "Failed trying to unstop package "
                + info.packageName + ": " + e);
    }

    if ((info.flags & PERSISTENT_MASK) == PERSISTENT_MASK) {
        app.persistent = true;
        app.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ;
    }

    if (app.thread == null && mPersistentStartingProcesses.indexOf(app) < 0) {
        mPersistentStartingProcesses.add(app);
        //启动应用所在进程，将发送消息给zygote，后者fork出进程
        startProcessLocked(app, "added application", app.processName, abiOverride,
                null /* entryPoint */, null /* entryPointArgs */);
    }

    return app;
}

这里最终将通过startProcessLocked函数，启动实际的应用进程。
正如之前分析zygote进程时，提过的一样，zygote中的server socket将接收消息，然后为应用fork出进程。

 

2.4.3 启动Home Activity
看看启动Home Activity对应的startHomeActivityLocked函数：

boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) {
    ..............
    Intent intent = getHomeIntent();
    //根据intent中携带的ComponentName，利用PKMS得到ActivityInfo
    ActivityInfo aInfo = resolveActivityInfo(intent, STOCK_PM_FLAGS, userId);
    if (aInfo != null) {
        intent.setComponent(new ComponentName(aInfo.applicationInfo.packageName, aInfo.name));
        aInfo = new ActivityInfo(aInfo);
        aInfo.applicationInfo = getAppInfoForUser(aInfo.applicationInfo, userId);

        //此时home对应进程应该还没启动，app为null
        ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(aInfo.processName,
                aInfo.applicationInfo.uid, true);
        if (app == null || app.instrumentationClass == null) {
            intent.setFlags(intent.getFlags() | Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
            //启动home
            mActivityStarter.startHomeActivityLocked(intent, aInfo, reason);
        }
    } else {
        ..........
    }
    return true;
}

这里暂时先不深究Home Activity启动的具体过程。

从手头的资料来看，当Home Activity启动后，
ActivityStackSupervisor中的activityIdleInternalLocked函数将被调用（具体调用过程，还需要研究）：

final ActivityRecord activityIdleInternalLocked(final IBinder token, boolean fromTimeout,
        Configuration config) {
    ...........
    if (isFocusedStack(r.task.stack) || fromTimeout) {
        booting = checkFinishBootingLocked();
    }
    ............
}

 

在checkFinishBootingLocked函数中：

private boolean checkFinishBootingLocked() {
    //mService为AMS，mBooting变量在AMS回调SystemServer中定义的Runnable时，置为了true
    final boolean booting = mService.mBooting;
    boolean enableScreen = false;
    mService.mBooting = false;
    if (!mService.mBooted) {
        mService.mBooted = true;
        enableScreen = true;
    }
    if (booting || enableScreen) {、
        //调用AMS的接口，发送消息
        mService.postFinishBooting(booting, enableScreen);
    }
    return booting;
}

 

最终，AMS的finishBooting函数将被调用：

final void finishBooting() {
    .........
    //以下是注册广播接收器，用于处理需要重启的package
    IntentFilter pkgFilter = new IntentFilter();
    pkgFilter.addAction(Intent.ACTION_QUERY_PACKAGE_RESTART);
    pkgFilter.addDataScheme("package");
    mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            String[] pkgs = intent.getStringArrayExtra(Intent.EXTRA_PACKAGES);
            if (pkgs != null) {
                for (String pkg : pkgs) {
                    synchronized (ActivityManagerService.this) {
                        if (forceStopPackageLocked(pkg, -1, false, false, false, false, false,
                                0, "query restart")) {
                            setResultCode(Activity.RESULT_OK);
                            return;
                        }
                    }
                }
            }
       }
    }, pkgFilter);
    ...........
    // Let system services know.
    mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_BOOT_COMPLETED);

    //以下是启动那些等待启动的进程
    synchronized (this) {
        // Ensure that any processes we had put on hold are now started
        // up.
        final int NP = mProcessesOnHold.size();
            if (NP > 0) {
                ArrayList<ProcessRecord> procs =
                        new ArrayList<ProcessRecord>(mProcessesOnHold);
                for (int ip=0; ip<NP; ip++) {
                    .................
                    startProcessLocked(procs.get(ip), "on-hold", null);
                }
            }
        }
    }
    ..............
    if (mFactoryTest != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
        // Start looking for apps that are abusing wake locks.
        //每15min检查一次系统各应用进程使用电量的情况，如果某个进程使用WakeLock的时间过长
        //AMS将关闭该进程
        Message nmsg = mHandler.obtainMessage(CHECK_EXCESSIVE_WAKE_LOCKS_MSG);
        mHandler.sendMessageDelayed(nmsg, POWER_CHECK_DELAY);

        // Tell anyone interested that we are done booting!
        SystemProperties.set("sys.boot_completed", "1");
        .................
        //此处从代码来看发送的是ACTION_LOCKED_BOOT_COMPLETED广播
        //在进行unlock相关的工作后，mUserController将调用finishUserUnlocking，发送SYSTEM_USER_UNLOCK_MSG消息给AMS
        //AMS收到消息后，调用mUserController的finishUserUnlocked函数，经过相应的处理后，
        //在mUserController的finishUserUnlockedCompleted中，最终将会发送ACTION_BOOT_COMPLETED广播
        mUserController.sendBootCompletedLocked(.........);
        .................
    }
}

 

最终，当AMS启动Home Activity结束，并发送ACTION_BOOT_COMPLETED广播时，AMS的启动过程告一段落。

总结图