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# 第三章 认识系统组件
## 3.1 源码结构介绍
​ 在上一章的学习中，成功编译了Android12以及对应的内核，并且通过多种方式刷入手机。接下来需要先对Android源码的根结构有一定的了解，对结构有一定了解能有助于更快的定位和分析源码，同时能让开发人员更好的理解Android系统。
​ Android源码结构分为四个主要的模块：frameworks、packages、hardware、system。frameworks模块是Android系统的核心，包含了Android系统的核心类库、Java框架和服务，它是Android开发的基础。packages模块包括了Android系统的应用程序，主要是用户使用的应用程序，例如通讯录、日历和相机。hardware模块提供了对硬件设备的支持，例如触摸屏、摄像头等。最后，system模块包含了Linux内核和Android底层服务，它负责管理资源和处理系统事件。除了这些主要模块，Android源码中还有一些其他的文件夹，例如build、external、prebuilts和tools等，他们提供了编译系统所需的资源和工具。接下来，看看根目录的基本结构。
​ 1、art：该目录是Android 5.0中新增加的，主要是实现Android RunTime（ART）的目录，它作为Android 4.4中的Dalvik虚拟机的替代，主要处理Java字节码。
​ 2、bionic：这是Android的C库，包含了很多标准的C库函数和头文件，还有一些Android特有的函数和头文件。
​ 3、bootable：包含了一些用于生成引导程序相关代码的工具和脚本，以及引导程序相关的一些源代码，但并不包含完整的引导程序代码。
​ 4、build：该目录包含了编译Android源代码所需要的脚本，包括makefile文件和一些构建工具。
​ 5、compatibility：该目录收集了Android设备的兼容性测试套件（CTS）和兼容性实现（Compatibility Implementation）。
​ 6、cts：该目录包含了Android设备兼容性测试套件（CTS），主要用来测试设备是否符合Android标准。
​ 7、dalvik：该目录包含了Dalvik虚拟机，它是Android 2.3版本之前的主要虚拟机，它主要处理Java字节码。
​ 8、developers：该目录包含了Android开发者文档和样例代码。
​ 9、development：该目录包含了一些调试工具，如systrace、monkey、ddms等。
​ 10、device：该目录包含了特定的Android设备的驱动程序。
​ 11、external：该目录包含了一些第三方库，如WebKit、OpenGL等。
​ 12、frameworks：该目录提供了Android应用程序调用底层服务的API，它也是Android应用程序开发的重要组成部分。
​ 13、hardware：该目录包含了Android设备硬件相关的驱动代码，如摄像头驱动、蓝牙驱动等。
​ 14、kernel：该目录包含了Android系统内核的源代码，它是Android系统的核心部分。
​ 15、libcore：该目录包含了Android底层库，它提供了一些基本的API，如文件系统操作、网络操作等。
​ 16、libnativehelper：该目录提供了一些C++库，它们可以帮助调用本地代码。
​ 17、packages：该目录包含了Android框架、应用程序和其他模块的源代码。 包含了 Android 系统中的所有应用程序，例如短信、电话、浏览器、相机等
​ 18、pdk：该目录是一个Android平台开发套件，它包含了一些工具和API，以便开发者快速开发Android应用程序。
​ 19、platform_testing：该目录包含了一些测试工具，用于测试Android平台的稳定性和性能。
​ 20、prebuilts：该目录包含了一些预先编译的文件，如编译工具、驱动程序等。
​ 21、sdk：该目录是Android SDK的源代码，它包含了Android SDK的API文档、代码示例、工具等。
​ 22、system：该目录包含了Android系统的核心部分，如系统服务、应用程序、内存管理机制、文件系统、网络协议等。
​ 23、test：该目录包含了一些测试代码，用于测试Android系统的各个组件。
​ 24、toolchain：该目录包含了一些编译器和工具链，如GCC、Clang等，用于编译Android源代码。
​ 25、tools：该目录包含了一些开发工具，如Android SDK工具、Android Studio、Eclipse等。
​ 26、vendor：该目录包含了一些硬件厂商提供的驱动程序，如摄像头驱动、蓝牙驱动等。
​ 并不需要全部记下，只要大致的有个印象，当你常常为了实现某个功能，查阅翻读源码时，就会不断加深你对这些目录划分的了解，回顾一下第二章中，在编译源码的过程中下载了两个驱动相关的文件。回顾下图。
![image-20230219161123065](.\images\image-20230219161123065.png)
​ 下载两个驱动文件后，将文件放到源码根目录中解压，并且执行相应的sh脚本进行导出，到了这里，了解到vendor中是硬件厂商提供的摄像头蓝牙之类的驱动程序。可以观察到，脚本执行后，实际就是将驱动文件放到了对应目录中。对根目录结构有一个简单的了解之后，就可以开始翻阅源码了，这个步骤可通过前面搭建好的开发环境，或者是使用在线的源码查看网站http://aospxref.com/。
## 3.2 Android启动流程
​ Android启动流程主要分为四个阶段：Bootloader阶段、Kernel阶段、Init进程阶段和System Server启动阶段，首先，先简单介绍下这几个阶段的启动流程。
1. Bootloader阶段： 当手机或平板电脑开机时，首先会执行引导加载程序（Bootloader），它会在手机的ROM中寻找启动内核（Kernel）的镜像文件，并将其加载进RAM中。在这个阶段中，Android系统并没有完全启动，只是建立了基本的硬件和内核环境。
2. Kernel阶段： Kernel阶段是Android启动流程的第二阶段，它主要负责初始化硬件设备、加载驱动程序、设置内存管理等。此外，Kernel还会加载initramfs，它是一个临时文件系统，包含了init程序和一些设备文件。
3. Init进程阶段： Kernel会启动init进程，它是Android系统中的第一个用户空间进程。Init进程的主要任务是读取init.rc文件，并根据该文件中的配置信息启动和配置Android系统的各个组件。在这个阶段中，系统会依次启动各个服务和进程，包括启动Zygote进程和创建System Server进程。
4. System Server启动阶段： System Server是Android系统的核心服务进程，它会启动所有的系统服务。其中包括Activity Manager、Package Manager、Window Manager、Location Manager、Telephony Manager、Wi-Fi Service、Bluetooth Service等。System Server启动后，Android系统就完全启动了，用户可以进入桌面，开始使用各种应用程序。
​ 在开始启动流程代码追踪前，最重要的一点是不要试图了解所有细节过程，分析代码时要抓住需求重点，然后围绕着需求点来进行深入分析。尽管Android源码是一个非常庞大的体系，选择一个方向来熟悉代码，这样就能快速的达成目标，避免深陷代码泥沼。
## 3.3 内核启动
​ Bootloader其实就是一段程序，这个程序的主要功能就是用来引导系统启动，也称之为引导程序，而这个引导程序是存放在一个只读的寄存器中，从物理地址0开始的一段空间分配给了这个只读存储器来存放引导程序。
​ Bootloader会初始化硬件设备并准备内存空间映射，为启动内核准备环境。然后寻找内核的镜像文件，验证boot分区和recovery分区的完整性，然后将其加载到内存中，最后开始执行内核。可以通过命令`adb reboot bootloader`直接重启进入引导程序。
​ Bootloader 将件初始化完成后，会在特定的物理地址处查找 EFI 引导头（efi_head）。如果查找到 EFI 引导头，bootloader 就会加载 EFI 引导头指定的 EFI 引导程序，然后开始执行 EFI 引导程序，以进行后续的 EFI 引导流程。而这个efi_head就是linux内核最早的入口了。
​ 这里注意，现在并需要完全看懂内核中的汇编部分代码，主要是为了解执行的流程，所以并不需要你有汇编的功底，只需要能看懂简单的几个指令即可，接下来，打开编译内核源码时的目录，找到文件`~/android_src/android-kernel/private/msm-google/arch/arm64/kernel/head.S`查看汇编代码如下。
```assembly
__HEAD
_head:
/*
* DO NOT MODIFY. Image header expected by Linux boot-loaders.
*/
#ifdef CONFIG_EFI
/*
* This add instruction has no meaningful effect except that
* its opcode forms the magic "MZ" signature required by UEFI.
*/
add x13, x18, #0x16
b stext
#else
b stext // branch to kernel start, magic
```
​ 在arm指令集中，指令b表示跳转，所以，继续找到stext的定义部分。
```assembly
/*
* The following callee saved general purpose registers are used on the
* primary lowlevel boot path:
*
* Register Scope Purpose
* x21 stext() .. start_kernel() FDT pointer passed at boot in x0
* x23 stext() .. start_kernel() physical misalignment/KASLR offset
* x28 __create_page_tables() callee preserved temp register
* x19/x20 __primary_switch() callee preserved temp registers
*/
ENTRY(stext)
bl preserve_boot_args //把引导程序传的4个参数保存在全局数组boot_args
bl el2_setup // Drop to EL1, w0=cpu_boot_mode
adrp x23, __PHYS_OFFSET
and x23, x23, MIN_KIMG_ALIGN - 1 // KASLR offset, defaults to 0
bl set_cpu_boot_mode_flag
bl __create_page_tables // 创建页表映射 x25=TTBR0, x26=TTBR1
/*
* The following calls CPU setup code, see arch/arm64/mm/proc.S for
* details.
* On return, the CPU will be ready for the MMU to be turned on and
* the TCR will have been set.
*/
bl __cpu_setup // // 初始化处理器 initialise processor
b __primary_switch
ENDPROC(stext)
```
​ 能看到最后一行是跳转到__primary_switch，接下来继续看它的实现代码
```assembly
__primary_switch:
#ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
mov x19, x0 // preserve new SCTLR_EL1 value
mrs x20, sctlr_el1 // preserve old SCTLR_EL1 value
#endif
bl __enable_mmu
#ifdef CONFIG_RELOCATABLE
bl __relocate_kernel
#ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
ldr x8, =__primary_switched //将x8设置成__primary_switched的地址
adrp x0, __PHYS_OFFSET
blr x8 //调用__primary_switched
/*
* If we return here, we have a KASLR displacement in x23 which we need
* to take into account by discarding the current kernel mapping and
* creating a new one.
*/
msr sctlr_el1, x20 // disable the MMU
isb
bl __create_page_tables // recreate kernel mapping
tlbi vmalle1 // Remove any stale TLB entries
dsb nsh
isb
msr sctlr_el1, x19 // re-enable the MMU
isb
ic iallu // flush instructions fetched
dsb nsh // via old mapping
isb
bl __relocate_kernel
#endif
#endif
ldr x8, =__primary_switched
adrp x0, __PHYS_OFFSET
br x8
ENDPROC(__primary_switch)
```
接着，继续跟踪`__primary_switched`函数，然后，就能看到一个重点函数start_kernel了。
```assembly
__primary_switched:
adrp x4, init_thread_union
add sp, x4, #THREAD_SIZE
adr_l x5, init_task
msr sp_el0, x5 // Save thread_info
adr_l x8, vectors // load VBAR_EL1 with virtual
msr vbar_el1, x8 // vector table address
isb
stp xzr, x30, [sp, #-16]!
mov x29, sp
#ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
adr_l x18, init_shadow_call_stack // Set shadow call stack
#endif
str_l x21, __fdt_pointer, x5 // Save FDT pointer
ldr_l x4, kimage_vaddr // Save the offset between
sub x4, x4, x0 // the kernel virtual and
str_l x4, kimage_voffset, x5 // physical mappings
// Clear BSS
adr_l x0, __bss_start
mov x1, xzr
adr_l x2, __bss_stop
sub x2, x2, x0
bl __pi_memset
dsb ishst // Make zero page visible to PTW
#ifdef CONFIG_KASAN
bl kasan_early_init
#endif
#ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
tst x23, ~(MIN_KIMG_ALIGN - 1) // already running randomized?
b.ne 0f
mov x0, x21 // pass FDT address in x0
mov x1, x23 // pass modulo offset in x1
bl kaslr_early_init // parse FDT for KASLR options
cbz x0, 0f // KASLR disabled? just proceed
orr x23, x23, x0 // record KASLR offset
ldp x29, x30, [sp], #16 // we must enable KASLR, return
ret // to __primary_switch()
0:
#endif
b start_kernel // 内核的入口函数
ENDPROC(__primary_switched)
```
​ 上面能看到最后一个指令就是start_kernel了，这个函数是内核的入口函数，同时也是c语言部分的入口函数。接下来，查看文件`~/android_src/android-kernel/private/msm-google/init/main.c`，可以看到其中大量的init初始化各种子系统的函数调用。
```c
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
// 加载各种子系统
...
/* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */
rest_init();
prevent_tail_call_optimization();
}
```
​ 继续追踪关键的函数rest_init，就是在这里开启的内核初始化线程以及创建内核线程。
```c
static noinline void __ref rest_init(void)
{
...
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
numa_default_policy();
pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
...
}
```
接着看看kernel_init线程执行的内容。
```c
static int __ref kernel_init(void *unused)
{
int ret;
kernel_init_freeable();
/* need to finish all async __init code before freeing the memory */
async_synchronize_full();
free_initmem();
mark_readonly();
system_state = SYSTEM_RUNNING;
numa_default_policy();
rcu_end_inkernel_boot();
if (ramdisk_execute_command) {
ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);
if (!ret)
return 0;
pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n",
ramdisk_execute_command, ret);
}
/*
* We try each of these until one succeeds.
*
* The Bourne shell can be used instead of init if we are
* trying to recover a really broken machine.
*/
if (execute_command) {
ret = run_init_process(execute_command);
if (!ret)
return 0;
panic("Requested init %s failed (error %d).",
execute_command, ret);
}
if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||
!try_to_run_init_process("/etc/init") ||
!try_to_run_init_process("/bin/init") ||
!try_to_run_init_process("/bin/sh"))
return 0;
panic("No working init found. Try passing init= option to kernel. "
"See Linux Documentation/init.txt for guidance.");
}
```
​ 在这里，看到了原来init进程是用try_to_run_init_process启动的，运行失败的情况下会依次执行上面的4个进程。继续看看这个函数是如何启动进程的。
```c
static int try_to_run_init_process(const char *init_filename)
{
int ret;
ret = run_init_process(init_filename);
if (ret && ret != -ENOENT) {
pr_err("Starting init: %s exists but couldn't execute it (error %d)\n",
init_filename, ret);
}
return ret;
}
```
这里简单包装调用的run_init_process，继续看下面的代码
```c
static int run_init_process(const char *init_filename)
{
argv_init[0] = init_filename;
return do_execve(getname_kernel(init_filename),
(const char __user *const __user *)argv_init,
(const char __user *const __user *)envp_init);
}
```
​ 这里能看到最后是通过execve拉起来的init进程。到这里内核就成功拉起了在最后，总结内核启动的简单流程图如下。
![startkernel](.\images\startkernel.png)
## 3.4 Init进程启动
​ init进程是Android系统的第一个进程，它在系统启动之后就被启动，并且一直运行到系统关闭，它是Android系统的核心进程，隶属于系统进程，具有最高的权限，所有的其他进程都是它的子进程，它的主要功能有以下几点：
​ 1、启动Android系统的基础服务：init进程负责启动Android系统的基础服务，如zygote、surfaceflinger、bootanim、power manager等；
​ 2、管理系统进程：init进程管理系统进程，比如启动和关闭系统进程；
​ 3、加载设备驱动：init进程会加载设备的驱动，使设备可以正常使用；
​ 4、加载系统环境变量：init进程会加载系统所需要的环境变量，如PATH、LD_LIBRARY_PATH等；
​ 5、加载系统配置文件：init进程会加载系统所需要的配置文件，以便系统正常运行；
​ 6、启动用户进程：init进程会启动用户进程，如桌面程序、默认浏览器等。
​ init进程的入口是在Android源码的`system/core/init/main.cpp`。下面，看看入口函数main
```cpp
int main(int argc, char** argv) {
#if __has_feature(address_sanitizer)
__asan_set_error_report_callback(AsanReportCallback);
#endif
// Boost prio which will be restored later
setpriority(PRIO_PROCESS, 0, -20);
if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {
return ueventd_main(argc, argv);
}
if (argc > 1) {
if (!strcmp(argv[1], "subcontext")) {
android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);
const BuiltinFunctionMap& function_map = GetBuiltinFunctionMap();
return SubcontextMain(argc, argv, &function_map);
}
// 第二步 装载selinux策略
if (!strcmp(argv[1], "selinux_setup")) {
return SetupSelinux(argv);
}
// 第三步
if (!strcmp(argv[1], "second_stage")) {
return SecondStageMain(argc, argv);
}
}
// 第一步 挂载设备节点
return FirstStageMain(argc, argv);
}
```
​ 根据上一章的启动init的参数，可以判断第一次启动时，执行的是FirstStageMain函数，继续看看这个函数的实现，可以看到初始化了一些基础系统支持的目录，以及使用mount进行挂载。
```cpp
int FirstStageMain(int argc, char** argv) {
...
CHECKCALL(clearenv());
CHECKCALL(setenv("PATH", _PATH_DEFPATH, 1));
// Get the basic filesystem setup we need put together in the initramdisk
// on / and then we'll let the rc file figure out the rest.
CHECKCALL(mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755"));
CHECKCALL(mkdir("/dev/pts", 0755));
CHECKCALL(mkdir("/dev/socket", 0755));
CHECKCALL(mkdir("/dev/dm-user", 0755));
CHECKCALL(mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL));
#define MAKE_STR(x) __STRING(x)
CHECKCALL(mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC)));
#undef MAKE_STR
// Don't expose the raw commandline to unprivileged processes.
CHECKCALL(chmod("/proc/cmdline", 0440));
std::string cmdline;
android::base::ReadFileToString("/proc/cmdline", &cmdline);
// Don't expose the raw bootconfig to unprivileged processes.
chmod("/proc/bootconfig", 0440);
std::string bootconfig;
android::base::ReadFileToString("/proc/bootconfig", &bootconfig);
gid_t groups[] = {AID_READPROC};
CHECKCALL(setgroups(arraysize(groups), groups));
CHECKCALL(mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL));
CHECKCALL(mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL));
CHECKCALL(mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11)));
...
// 这里可以看到重新访问了init进程，并且参数设置为selinux_setup
const char* path = "/system/bin/init";
const char* args[] = {path, "selinux_setup", nullptr};
auto fd = open("/dev/kmsg", O_WRONLY | O_CLOEXEC);
dup2(fd, STDOUT_FILENO);
dup2(fd, STDERR_FILENO);
close(fd);
// 使用execv再次调用起init进程
execv(path, const_cast<char**>(args));
// execv() only returns if an error happened, in which case we
// panic and never fall through this conditional.
PLOG(FATAL) << "execv(\"" << path << "\") failed";
return 1;
}
```
​ 在目录初始化完成后，又拉起了一个init进程，并且传了参数selinux_setup，接下来，直接看前面main入口函数中判断出现该参数时调用的SetupSelinux函数。
```cpp
int SetupSelinux(char** argv) {
SetStdioToDevNull(argv);
InitKernelLogging(argv);
...
LOG(INFO) << "Opening SELinux policy";
// Read the policy before potentially killing snapuserd.
std::string policy;
ReadPolicy(&policy);
auto snapuserd_helper = SnapuserdSelinuxHelper::CreateIfNeeded();
if (snapuserd_helper) {
// Kill the old snapused to avoid audit messages. After this we cannot
// read from /system (or other dynamic partitions) until we call
// FinishTransition().
snapuserd_helper->StartTransition();
}
LoadSelinuxPolicy(policy);
if (snapuserd_helper) {
// Before enforcing, finish the pending snapuserd transition.
snapuserd_helper->FinishTransition();
snapuserd_helper = nullptr;
}
SelinuxSetEnforcement();
// We're in the kernel domain and want to transition to the init domain. File systems that
// store SELabels in their xattrs, such as ext4 do not need an explicit restorecon here,
// but other file systems do. In particular, this is needed for ramdisks such as the
// recovery image for A/B devices.
if (selinux_android_restorecon("/system/bin/init", 0) == -1) {
PLOG(FATAL) << "restorecon failed of /system/bin/init failed";
}
setenv(kEnvSelinuxStartedAt, std::to_string(start_time.time_since_epoch().count()).c_str(), 1);
// 继续再拉起一个init进程,参数设置second_stage
const char* path = "/system/bin/init";
const char* args[] = {path, "second_stage", nullptr};
execv(path, const_cast<char**>(args));
// execv() only returns if an error happened, in which case we
// panic and never return from this function.
PLOG(FATAL) << "execv(\"" << path << "\") failed";
return 1;
}
```
​ 上面的代码可以看到，在完成selinux的加载处理后，又拉起了一个init进程，并且传参数second_stage。接下来，看第三步SecondStageMain函数
```cpp
int SecondStageMain(int argc, char** argv) {
...
// 初始化属性系统
PropertyInit();
// 开启属性服务
StartPropertyService(&property_fd);
// 解析init.rc 以及启动其他相关进程
LoadBootScripts(am, sm);
...
return 0;
}
```
​ 接下来，看看LoadBootScripts这个函数的处理
```cpp
static void LoadBootScripts(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
Parser parser = CreateParser(action_manager, service_list);
std::string bootscript = GetProperty("ro.boot.init_rc", "");
if (bootscript.empty()) {
// 解析各目录中的init.rc
parser.ParseConfig("/system/etc/init/hw/init.rc");
if (!parser.ParseConfig("/system/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/system/etc/init");
}
// late_import is available only in Q and earlier release. As we don't
// have system_ext in those versions, skip late_import for system_ext.
parser.ParseConfig("/system_ext/etc/init");
if (!parser.ParseConfig("/vendor/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/vendor/etc/init");
}
if (!parser.ParseConfig("/odm/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/odm/etc/init");
}
if (!parser.ParseConfig("/product/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/product/etc/init");
}
} else {
parser.ParseConfig(bootscript);
}
}
```
​ 继续看看解析的逻辑，可以看到参数可以是目录或者文件
```cpp
bool Parser::ParseConfig(const std::string& path) {
if (is_dir(path.c_str())) {
return ParseConfigDir(path);
}
return ParseConfigFile(path);
}
```
​ 如果是目录，则遍历所有文件再调用解析文件，下面直接看ParseConfigFile就好了
```cpp
bool Parser::ParseConfigFile(const std::string& path) {
...
ParseData(path, &config_contents.value());
...
}
```
​ 最后看看ParseData是如何解析数据的
```cpp
void Parser::ParseData(const std::string& filename, std::string* data) {
...
for (;;) {
switch (next_token(&state)) {
case T_EOF:
...
return;
case T_NEWLINE: {
...
else if (section_parsers_.count(args[0])) {
end_section();
// 从section_parsers_中获取出来的
section_parser = section_parsers_[args[0]].get();
section_start_line = state.line;
// 使用了ParseSection进行解析
if (auto result =
section_parser->ParseSection(std::move(args), filename, state.line);
!result.ok()) {
parse_error_count_++;
LOG(ERROR) << filename << ": " << state.line << ": " << result.error();
section_parser = nullptr;
bad_section_found = true;
}
} else if (section_parser) {
// 使用了ParseLineSection进行解析
if (auto result = section_parser->ParseLineSection(std::move(args), state.line);
!result.ok()) {
parse_error_count_++;
LOG(ERROR) << filename << ": " << state.line << ": " << result.error();
}
}
...
}
case T_TEXT:
args.emplace_back(state.text);
break;
}
}
}
```
​ 简单解读一下这里的代码，首先这里看到从section_parsers_中找到指定的节点解析对象来执行ParseSection或者ParseLineSection进行解析.rc文件中的数据，看下parse创建的函数CreateParser
```cpp
void Parser::AddSectionParser(const std::string& name, std::unique_ptr<SectionParser> parser) {
section_parsers_[name] = std::move(parser);
}
Parser CreateParser(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
Parser parser;
parser.AddSectionParser("service", std::make_unique<ServiceParser>(
&service_list, GetSubcontext(), std::nullopt));
parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>(&action_manager, GetSubcontext()));
parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>(&parser));
return parser;
}
```
​ 如果了解过init.rc文件格式的，看到这里就很眼熟了，这就是.rc文件中配置时使用的节点名称了。他们的功能简单的描述如下。
​ 1、service 定义一个服务
​ 2、on 触发某个action时，执行对应的指令
​ 3、import 表示导入另外一个rc文件
​ 再解读上面的代码就是，根据rc文件的配置不同，来使用ServiceParser、ActionParser、ImportParser这三种节点解析对象的ParseSection或者ParseLineSection函数来处理。看看这三个对象的处理函数把。
```cpp
// service节点的解析处理
Result<void> ServiceParser::ParseSection(std::vector<std::string>&& args,
const std::string& filename, int line) {
if (args.size() < 3) {
return Error() << "services must have a name and a program";
}
const std::string& name = args[1];
if (!IsValidName(name)) {
return Error() << "invalid service name '" << name << "'";
}
filename_ = filename;
Subcontext* restart_action_subcontext = nullptr;
if (subcontext_ && subcontext_->PathMatchesSubcontext(filename)) {
restart_action_subcontext = subcontext_;
}
std::vector<std::string> str_args(args.begin() + 2, args.end());
if (SelinuxGetVendorAndroidVersion() <= __ANDROID_API_P__) {
if (str_args[0] == "/sbin/watchdogd") {
str_args[0] = "/system/bin/watchdogd";
}
}
if (SelinuxGetVendorAndroidVersion() <= __ANDROID_API_Q__) {
if (str_args[0] == "/charger") {
str_args[0] = "/system/bin/charger";
}
}
service_ = std::make_unique<Service>(name, restart_action_subcontext, str_args, from_apex_);
return {};
}
// on 节点的解析处理
Result<void> ActionParser::ParseSection(std::vector<std::string>&& args,
const std::string& filename, int line) {
std::vector<std::string> triggers(args.begin() + 1, args.end());
if (triggers.size() < 1) {
return Error() << "Actions must have a trigger";
}
Subcontext* action_subcontext = nullptr;
if (subcontext_ && subcontext_->PathMatchesSubcontext(filename)) {
action_subcontext = subcontext_;
}
std::string event_trigger;
std::map<std::string, std::string> property_triggers;
if (auto result =
ParseTriggers(triggers, action_subcontext, &event_trigger, &property_triggers);
!result.ok()) {
return Error() << "ParseTriggers() failed: " << result.error();
}
auto action = std::make_unique<Action>(false, action_subcontext, filename, line, event_trigger,
property_triggers);
action_ = std::move(action);
return {};
}
// import节点的解析处理
Result<void> ImportParser::ParseSection(std::vector<std::string>&& args,
const std::string& filename, int line) {
if (args.size() != 2) {
return Error() << "single argument needed for import\n";
}
auto conf_file = ExpandProps(args[1]);
if (!conf_file.ok()) {
return Error() << "Could not expand import: " << conf_file.error();
}
LOG(INFO) << "Added '" << *conf_file << "' to import list";
if (filename_.empty()) filename_ = filename;
imports_.emplace_back(std::move(*conf_file), line);
return {};
}
```
​ 到这里大致的init进程的启动流程相信大家已经有了一定了解。明白init的原理后，对于init.rc相信大家已经有了简单的印象，接下来将详细展开讲解init.rc文件。
## 3.5 init.rc
​ init.rc是Android系统中的一个脚本文件并非配置文件，是一种名为`Android Init Language`的脚本语言写成的文件，当然也可以简单当作是配置文件理解，主要用于启动和管理Android上的其他进程对系统进行初始化工作。
​ 将init.rc看作是init进程功能的动态延申，一些经常可能需要改动的初始化系统任务就放在配置文件中，然后读取配置解析后再进行初始化执行，如此可以提高一定的灵活性，相信很多开发人员在工作中都有做过类似的封装。而init.rc就是配置文件的入口，在init.rc中再通过上一章所说的import节点来导入其他的配置文件，所以这些文件都可以算是init.rc的一部分。在上一章，通过了解Init进程的工作流程，看到了解析init.rc文件的过程，这将帮助更容易理解init.rc文件。
​ init.rc是由多个section节点组成的，而节点的类型分别主要是service、on、import三种。而这三种在上一节的原理介绍中，有简单的介绍，它们的作用分别是定义服务、事件触发、导入其他rc文件。下面，来看init.rc文件中的几个例子，查看文件`system/core/rootdir/init.rc`。
```
// 导入另一个rc文件
import /init.environ.rc
import /system/etc/init/hw/init.usb.rc
import /init.${ro.hardware}.rc
import /vendor/etc/init/hw/init.${ro.hardware}.rc
import /system/etc/init/hw/init.usb.configfs.rc
import /system/etc/init/hw/init.${ro.zygote}.rc
...
// 当初始化触发时,执行section下的命令
on init
sysclktz 0
# Mix device-specific information into the entropy pool
copy /proc/cmdline /dev/urandom
copy /system/etc/prop.default /dev/urandom
symlink /proc/self/fd/0 /dev/stdin
symlink /proc/self/fd/1 /dev/stdout
symlink /proc/self/fd/2 /dev/stderr
# Create energy-aware scheduler tuning nodes
mkdir /dev/stune/foreground
...
// 当属性ro.debuggable变更为1时触发section内的命令
on property:ro.debuggable=1
# Give writes to anyone for the trace folder on debug builds.
# The folder is used to store method traces.
chmod 0773 /data/misc/trace
# Give reads to anyone for the window trace folder on debug builds.
chmod 0775 /data/misc/wmtrace
# Give reads to anyone for the accessibility trace folder on debug builds.
chmod 0775 /data/misc/a11ytrace
...
// 定义系统服务 服务名称ueventd 服务路径/system/bin/ueventd
// 服务类型core，关机行为critical，安全标签u:r:ueventd:s0
service ueventd /system/bin/ueventd
class core
critical
seclabel u:r:ueventd:s0
shutdown critical
// 定义系统服务 服务名称console 服务路径/system/bin/sh
// 服务类型core 服务状态disabled 服务所属用户shell 服务所属组shell log readproc
// 安全标签u:r:shell:s0 设置环境变量HOSTNAME console
service console /system/bin/sh
class core
console
disabled
user shell
group shell log readproc
seclabel u:r:shell:s0
setenv HOSTNAME console
```
​ 看完各种节点的样例后，大概了解init.rc中应该如何添加一个section了。import非常简单，只需要指定一个rc文件的路径即可。on节点在源码中，看到对应的处理是ActionParser，这个节点就是当触发了一个Action的事件后就自上而下，依次执行节点下的所有命令，所以，就得了解一下一共有哪些Action事件提供使用。详细介绍参考自`http://www.gaohaiyan.com/4047.html`
```
on boot #系统启动触发
on early-init #在初始化之前触发
on init #在初始化时触发（在启动配置文件/init.conf被装载之后）
on late-init #在初始化晚期阶段触发
on charger #当充电时触发
on property:<key>=<value> #当属性值满足条件时触发
on post-fs #挂载文件系统
on post-fs-data #挂载data
on device-added-<path> #在指定设备被添加时触发
on device-removed-<path> #在指定设备被移除时触发
on service-exited-<name> #在指定service退出时触发
on <name>=<value> #当属性<name>等于<value>时触发
```
​ 在触发Action事件后执行的命令一共有如下这些
```
chdir <dirc> 更改工作目录为<dirc>
chmod <octal-mode> <path> 更改文件访问权限
chown <owner> <group> <path> 更改文件所有者和组群
chroot <direc> 更改根目录位置
class_start <serviceclass> 如果它们不在运行状态的话，启动由<serviceclass>类名指定的所有相关服务
class_stop <serviceclass> 如果它们在运行状态的话，停止
domainname <name> 设置域名
exec <path> [ <argument> ]* fork并执行一个程序，其路径为<path>，这条命令将阻塞直到该程序启动完成，因此它有可能造成init程序在某个节点不停地等待
export <name> <value> 设置某个环境变量<name>的值为<value>，这是对全局有效的，即其后所有进程都将继承这个变量
hostname <name> 设置主机名
ifup <interface> 使网络接口<interface>成功连接
import <filename> 引入一个名为<filename>的文件
insmod <path> 在<path>路径上安装一个模块
mkdir <path> [mode] [owner] [group] 在<path>路径上新建一个目录
mount <type> <device> <dir> [<mountoption>]* 尝试在指定路径上挂载一个设备
setprop <name> <value> 设置系统属性<name>的值为<value>
setrlinit <resource> <cur> <max> 设置一种资源的使用限制。这个概念亦存在于Linux系统中，<cur>表示软限制，<max>表示硬限制
start <service> 启动一个服务
stop <service> 停止一个服务
symlink <target> <path> 创建一个<path>路径的软链接，目标为<target>
sysclk <mins_west_of_gmt> 设置基准时间，如果当前时间时GMT，这个值是0
trigger <event> 触发一个事件
write <path> <string> [<string>]* 打开一个文件，并写入字符串
```
​ 而service节点主要是将可执行程序作为服务启动，上面的例子，看到节点下面有一系列的参数，下面是这些参数的详细描述。
```
class <name> 为该服务指定一个class名，同一个class的所有服务必须同时启动或者停止。
默认情况下服务的class名是“default”。另外还有core(其它服务依赖的基础性核心服务)、main(java须要的基本服务)、late_start(厂商定制的服务)
critical 表示这是一个对设备至关重要的一个服务，如果它在四分钟内退出超过四次，则设备将重启进入恢复模式
disabled 此服务不会自动启动，而是需要通过显式调用服务名来启动
group <groupname> [<groupname>]* 在启动服务前将用户组切换为<groupname>
oneshot 只启动一次，当此服务退出时，不要主动去重启它
onrestart 当此服务重启时，执行某些命令
setenv <name> <value> 设置环境变量<name>为某个值<value>
socket <name> <type> <perm> [ <user> [<group>]] 创建一个名为/dev/socket/<name>的unix domain socket，然后将它的fd值传给启动它的进程，有效的<type>值包括dgram，stream和seqacket，而user和group的默认值是0
user <username> 在启动服务前将用户组切换为<username>，默认情况下用户都是root
```
​ 到这里，相信大家应该能够看懂init.rc中的大多数section的意义了。下面的例子将组合使用，定义一个自己的服务，并且启动它。
```
service kservice /system/bin/app_process -Djava.class.path=/system/framework/ksvr.jar /system/bin cn.mik.ksvr.kSystemSvr svr
class main
user root
group root
oneshot
seclabel u:r:su:s0
on property:sys.boot_completed=1
bootchart stop
start kservice
```
​ 上面的案例中，我定义了一个kservice的服务，使用`/system/bin/app_process`作为进程启动，并设置目标jar作为应用的classpath，最后设置jar文件的入口类`cn.mik.ksvr.kSystemSvr`，最后的svr是做为参数传递给kSystemSvr中的main函数。接下来是当属性sys.boot_completed变更为1时表示手机完成引导，执行节点下的命令启动刚刚定义的服务。
## 3.6 Zygote启动
​ 在前面init进程的最后，知道了是解析处理init.rc文件，在上一节学习了init.rc中的各节点的详细介绍，这时，已经可以继续阅读init.rc追踪后续的启动流程了。
```
# 导入含有zygote服务定义的rc文件，这个会根据系统所支持的对应架构导入
import /system/etc/init/hw/init.${ro.zygote}.rc
# init完成后触发zygote-start事件
on late-init
...
# Now we can start zygote for devices with file based encryption
trigger zygote-start
...
# 最后启动了zygote和zygote_secondary
on zygote-start && property:ro.crypto.state=unencrypted
wait_for_prop odsign.verification.done 1
# A/B update verifier that marks a successful boot.
exec_start update_verifier_nonencrypted
start statsd
start netd
start zygote
start zygote_secondary
```
​ zygote服务定义的rc文件在路径`system/core/rootdir/`中。分别是init.zygote32.rc、init.zygote64.rc、init.zygote32_64.rc、init.zygote64_32.rc，其中32_64表示32位是主模式而64_32的则表示64位是主模式。下面，查看zygote64的是如何定义的。
```
// --zygote 传递给app_process程序的参数,表示这是启动一个孵化器。
// --start-system-server 传递给app_process程序的参数，表示进程启动后需要启动system_server进程
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
priority -20
user root
group root readproc reserved_disk
socket zygote stream 660 root system
socket usap_pool_primary stream 660 root system
onrestart exec_background - system system -- /system/bin/vdc volume abort_fuse
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart audioserver
onrestart restart cameraserver
onrestart restart media
onrestart restart netd
onrestart restart wificond
writepid /dev/cpuset/foreground/tasks
critical window=${zygote.critical_window.minute:-off} target=zygote-fatal
```
​ 前面定义和启动一个自己定义的java服务时也看到是通过app_process启动的。app_process是Android系统的主要进程，它是其他所有应用程序的容器，它负责创建新的进程，并启动它们。此外，它还管理应用程序的生命周期，防止任何一个应用程序占用资源过多，或者做出不良影响。app_process还负责在应用运行时为它们提供上下文，以及管理应用进程之间的通信。
​ 接下来，跟踪app_process的实现，它的入口是在目录`frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp`中。
```c++
#if defined(__LP64__)
static const char ABI_LIST_PROPERTY[] = "ro.product.cpu.abilist64";
static const char ZYGOTE_NICE_NAME[] = "zygote64";
#else
static const char ABI_LIST_PROPERTY[] = "ro.product.cpu.abilist32";
static const char ZYGOTE_NICE_NAME[] = "zygote";
#endif
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
// Parse runtime arguments. Stop at first unrecognized option.
bool zygote = false;
bool startSystemServer = false;
bool application = false;
String8 niceName;
String8 className;
++i; // Skip unused "parent dir" argument.
// 参数的处理
while (i < argc) {
const char* arg = argv[i++];
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
zygote = true;
niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
} else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
startSystemServer = true;
} else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
application = true;
} else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
niceName.setTo(arg + 12);
} else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
className.setTo(arg);
break;
} else {
--i;
break;
}
}
...
if (!niceName.isEmpty()) {
runtime.setArgv0(niceName.string(), true /* setProcName */);
}
// 如果启动时设置--zygote，则启动ZygoteInit，否则启动RuntimeInit
if (zygote) {
const char* zygoteName="com.android.internal.os.ZygoteInit";
runtime.start(zygoteName, args, zygote);
} else if (className) {
const char* zygoteName="com.android.internal.os.RuntimeInit";
runtime.start(zygoteName, args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
}
}
```
​ 从代码中可以看到主要是对参数进行处理包装后，然后根据是否携带--zygote选择启动ZygoteInit或者是RuntimeInit。
​ ZygoteInit是Android应用程序运行期间的主要接口。ZygoteInit负责加载和初始化Android运行时环境，例如应用程序运行器，垃圾收集器等，并且它启动Android系统中的所有核心服务。
​ RuntimeInit负责将应用程序的执行环境与系统的运行环境进行联系，然后将应用程序的主类加载到运行时，最后将应用程序的控制权交给应用程序的主类。
​ 下面继续看看runtime.start的实现，查看对应文件`frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp`
```cpp
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
...
//const char* kernelHack = getenv("LD_ASSUME_KERNEL");
//ALOGD("Found LD_ASSUME_KERNEL='%s'\n", kernelHack);
/* 启动vm虚拟机 */
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv* env;
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote, primary_zygote) != 0) {
return;
}
onVmCreated(env);
/*
* 注册框架使用的JNI调用
*/
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
...
char* slashClassName = toSlashClassName(className != NULL ? className : "");
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
/* keep going */
} else {
// 这里调用ZygoteInit或者是RuntimeInit的main函数
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if (startMeth == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
/* keep going */
} else {
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
free(slashClassName);
ALOGD("Shutting down VM\n");
if (mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)
ALOGW("Warning: unable to detach main thread\n");
if (mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0)
ALOGW("Warning: VM did not shut down cleanly\n");
}
```
​ 看到这里通过JNI函数CallStaticVoidMethod调用了ZygoteInit的main入口函数，现在就来到了java层中，查看文件代码`frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java`
```java
public static void main(String[] argv) {
ZygoteServer zygoteServer = null;
...
try {
...
if (!enableLazyPreload) {
bootTimingsTraceLog.traceBegin("ZygotePreload");
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
SystemClock.uptimeMillis());
// 预加载资源，比如类、主题资源、字体资源等等
preload(bootTimingsTraceLog);
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
SystemClock.uptimeMillis());
bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygotePreload
}
...
Zygote.initNativeState(isPrimaryZygote);
ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation();
// 创建socket服务端
zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);
// 前面在init.rc中有配置--start-system-server的进程则会进入fork启动SystemServer
if (startSystemServer) {
Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);
// {@code r == null} in the parent (zygote) process, and {@code r != null} in the
// child (system_server) process.
if (r != null) {
r.run();
return;
}
}
Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
// socket服务端等待AMS的请求，收到请求后就会由Zygote服务端来通过fork创建应用程序的进程
caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
} catch (Throwable ex) {
Log.e(TAG, "System zygote died with fatal exception", ex);
throw ex;
} finally {
if (zygoteServer != null) {
zygoteServer.closeServerSocket();
}
}
// We're in the child process and have exited the select loop. Proceed to execute the
// command.
if (caller != null) {
caller.run();
}
}
```
​ 这里的重点是创建了一个zygoteServer，然后根据参数决定是否forkSystemServer，最后runSelectLoop等待AMS发送消息创建应用程序的进程。依次从代码观察他们的本质。首先是ZygoteServer的构造函数，可以看到，主要是创建Socket套接字。
```java
ZygoteServer(boolean isPrimaryZygote) {
mUsapPoolEventFD = Zygote.getUsapPoolEventFD();
if (isPrimaryZygote) {
mZygoteSocket = Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);
mUsapPoolSocket =
Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(
Zygote.USAP_POOL_PRIMARY_SOCKET_NAME);
} else {
mZygoteSocket = Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.SECONDARY_SOCKET_NAME);
mUsapPoolSocket =
Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(
Zygote.USAP_POOL_SECONDARY_SOCKET_NAME);
}
mUsapPoolSupported = true;
fetchUsapPoolPolicyProps();
}
```
​ 然后就是forkSystemServer的返回值到底是什么，最后的run会调用到哪里呢
```java
private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName,
ZygoteServer zygoteServer) {
// 服务启动的相关参数，这里注意到类名是com.android.server.SystemServer
String[] args = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1023,"
+ "1024,1032,1065,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010,3011",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"--target-sdk-version=" + VMRuntime.SDK_VERSION_CUR_DEVELOPMENT,
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteArguments parsedArgs;
int pid;
try {
...
// 使用fork创建一个SystemServer进程
/* Request to fork the system server process */
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid,
parsedArgs.mGids,
parsedArgs.mRuntimeFlags,
null,
parsedArgs.mPermittedCapabilities,
parsedArgs.mEffectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
/* For child process */
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
zygoteServer.closeServerSocket();
// pid为0的部分，就是由这里fork出来的SystemServer执行的了。
return handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return null;
}
private static Runnable handleSystemServerProcess(ZygoteArguments parsedArgs) {
...
ClassLoader cl = getOrCreateSystemServerClassLoader();
if (cl != null) {
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
}
// 初始化SystemServer
return ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.mTargetSdkVersion,
parsedArgs.mDisabledCompatChanges,
parsedArgs.mRemainingArgs, cl);
...
}
public static Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, long[] disabledCompatChanges,
String[] argv, ClassLoader classLoader) {
...
// 继续跟进去
return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, disabledCompatChanges, argv,
classLoader);
}
protected static Runnable applicationInit(int targetSdkVersion, long[] disabledCompatChanges,
String[] argv, ClassLoader classLoader) {
...
// 反射获取com.android.server.SystemServer的入口函数并返回
return findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}
// 可以看到就是通过反射，获取到对应类的main函数，最后封装到MethodAndArgsCaller返回
protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv,
ClassLoader classLoader) {
Class<?> cl;
try {
cl = Class.forName(className, true, classLoader);
} catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing class when invoking static main " + className,
ex);
}
Method m;
try {
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
} catch (NoSuchMethodException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing static main on " + className, ex);
} catch (SecurityException ex) {
throw new RuntimeException(
"Problem getting static main on " + className, ex);
}
int modifiers = m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
throw new RuntimeException(
"Main method is not public and static on " + className);
}
/*
* This throw gets caught in ZygoteInit.main(), which responds
* by invoking the exception's run() method. This arrangement
* clears up all the stack frames that were required in setting
* up the process.
*/
return new MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
// forkSystemServer最终返回的就是这个类
static class MethodAndArgsCaller implements Runnable {
/** method to call */
private final Method mMethod;
/** argument array */
private final String[] mArgs;
public MethodAndArgsCaller(Method method, String[] args) {
mMethod = method;
mArgs = args;
}
public void run() {
try {
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable cause = ex.getCause();
if (cause instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) cause;
} else if (cause instanceof Error) {
throw (Error) cause;
}
throw new RuntimeException(ex);
}
}
}
```
​ forkSystemServer函数走到最后是通过反射获取com.android.server.SystemServer的入口函数main，并封装到MethodAndArgsCaller对象中返回。最后的返回结果调用run时，就会执行到SystemServer中的main函数。继续看看main函数的实现，查看文件`frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java`
```java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}
private void run() {
...
// 创建主线程Looper
Looper.prepareMainLooper();
// 初始化系统Context上下文
createSystemContext();
// 创建SystemServiceManager，由它管理系统的所有服务
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
mSystemServiceManager.setStartInfo(mRuntimeRestart,
mRuntimeStartElapsedTime, mRuntimeStartUptime);
mDumper.addDumpable(mSystemServiceManager);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
...
// 启动各种服务
try {
t.traceBegin("StartServices");
// 启动引导服务
startBootstrapServices(t);
// 启动核心服务
startCoreServices(t);
// 启动其他服务
startOtherServices(t);
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "******************************************");
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
} finally {
t.traceEnd(); // StartServices
}
...
// Loop forever.
Looper.loop();
}
// 启动负责引导的服务
private void startBootstrapServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
t.traceBegin("startBootstrapServices");
...
// 启动ActivityManagerService
t.traceBegin("StartActivityManager");
// TODO: Might need to move after migration to WM.
ActivityTaskManagerService atm = mSystemServiceManager.startService(
ActivityTaskManagerService.Lifecycle.class).getService();
mActivityManagerService = ActivityManagerService.Lifecycle.startService(
mSystemServiceManager, atm);
mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
mActivityManagerService.setInstaller(installer);
mWindowManagerGlobalLock = atm.getGlobalLock();
t.traceEnd();
...
}
private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
t.traceBegin("startOtherServices");
...
// 从systemReady开始可以启动第三方应用
mActivityManagerService.systemReady(() -> {
...
}, t);
...
}
// 最后看看systemReady的处理
// frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivitymanagerService.java
public void systemReady(final Runnable goingCallback, @NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
...
Slog.i(TAG, "System now ready");
...
// 启动多用户下的Home Activity，最终会开启系统应用Luncher桌面显示
if (bootingSystemUser) {
t.traceBegin("startHomeOnAllDisplays");
mAtmInternal.startHomeOnAllDisplays(currentUserId, "systemReady");
t.traceEnd();
}
...
}
```
​ 到这里大致的服务启动流程就清楚了，最后成功抵达了Luncher的启动，后面的章节会介绍到应该如何添加一个自定义的系统服务。重新回到流程中，继续看看runSelectLoop函数是如何实现的
```java
Runnable runSelectLoop(String abiList) {
...
socketFDs.add(mZygoteSocket.getFileDescriptor());
peers.add(null);
mUsapPoolRefillTriggerTimestamp = INVALID_TIMESTAMP;
while (true) {
fetchUsapPoolPolicyPropsWithMinInterval();
mUsapPoolRefillAction = UsapPoolRefillAction.NONE;
int[] usapPipeFDs = null;
StructPollfd[] pollFDs;
int pollReturnValue;
try {
pollReturnValue = Os.poll(pollFDs, pollTimeoutMs);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
...
if (mUsapPoolRefillAction != UsapPoolRefillAction.NONE) {
int[] sessionSocketRawFDs =
socketFDs.subList(1, socketFDs.size())
.stream()
.mapToInt(FileDescriptor::getInt$)
.toArray();
final boolean isPriorityRefill =
mUsapPoolRefillAction == UsapPoolRefillAction.IMMEDIATE;
final Runnable command =
fillUsapPool(sessionSocketRawFDs, isPriorityRefill);
if (command != null) {
return command;
} else if (isPriorityRefill) {
// Schedule a delayed refill to finish refilling the pool.
mUsapPoolRefillTriggerTimestamp = System.currentTimeMillis();
}
}
}
}
```
​ 重点主要放在返回值的跟踪上，直接看fillUsapPool函数做了些什么
```java
Runnable fillUsapPool(int[] sessionSocketRawFDs, boolean isPriorityRefill) {
...
while (--numUsapsToSpawn >= 0) {
Runnable caller =
Zygote.forkUsap(mUsapPoolSocket, sessionSocketRawFDs, isPriorityRefill);
if (caller != null) {
return caller;
}
}
...
return null;
}
// 继续追踪关键返回值的函数forkUsap
// 对应文件frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java
static @Nullable Runnable forkUsap(LocalServerSocket usapPoolSocket,
int[] sessionSocketRawFDs,
boolean isPriorityFork) {
FileDescriptor readFD;
FileDescriptor writeFD;
try {
FileDescriptor[] pipeFDs = Os.pipe2(O_CLOEXEC);
readFD = pipeFDs[0];
writeFD = pipeFDs[1];
} catch (ErrnoException errnoEx) {
throw new IllegalStateException("Unable to create USAP pipe.", errnoEx);
}
// 这里fork出一个子进程并初始化信息，最后返回pid
int pid = nativeForkApp(readFD.getInt$(), writeFD.getInt$(),
sessionSocketRawFDs, /*argsKnown=*/ false, isPriorityFork);
if (pid == 0) {
IoUtils.closeQuietly(readFD);
// 如果是子进程就调用childMain获取返回值
return childMain(null, usapPoolSocket, writeFD);
} else if (pid == -1) {
// Fork failed.
return null;
} else {
// readFD will be closed by the native code. See removeUsapTableEntry();
IoUtils.closeQuietly(writeFD);
nativeAddUsapTableEntry(pid, readFD.getInt$());
return null;
}
}
// 继续看childMain的实现
private static Runnable childMain(@Nullable ZygoteCommandBuffer argBuffer,
@Nullable LocalServerSocket usapPoolSocket,
FileDescriptor writePipe) {
...
// 初始化应用程序环境，设置应用程序上下文，初始化应用程序线程等等
specializeAppProcess(args.mUid, args.mGid, args.mGids,
args.mRuntimeFlags, rlimits, args.mMountExternal,
args.mSeInfo, args.mNiceName, args.mStartChildZygote,
args.mInstructionSet, args.mAppDataDir, args.mIsTopApp,
args.mPkgDataInfoList, args.mAllowlistedDataInfoList,
args.mBindMountAppDataDirs, args.mBindMountAppStorageDirs);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
// 又看到这个了，在SystemServer的启动中，之前追踪过
// 这里最后是反射获取某个java类的main函数封装后返回
return ZygoteInit.zygoteInit(args.mTargetSdkVersion,
args.mDisabledCompatChanges,
args.mRemainingArgs,
null /* classLoader */);
}
```
​ 前面分析过了zygoteInit，所以这里就不需要再继续进去看了，看看孵化器进程是如何初始化应用程序环境的，追踪specializeAppProcess函数。
```java
private static void specializeAppProcess(int uid, int gid, int[] gids, int runtimeFlags,
int[][] rlimits, int mountExternal, String seInfo, String niceName,
boolean startChildZygote, String instructionSet, String appDataDir, boolean isTopApp,
String[] pkgDataInfoList, String[] allowlistedDataInfoList,
boolean bindMountAppDataDirs, boolean bindMountAppStorageDirs) {
// 可以看到准备的一大堆参数，继续传递到了native层进行初始化处理了。
nativeSpecializeAppProcess(uid, gid, gids, runtimeFlags, rlimits, mountExternal, seInfo,
niceName, startChildZygote, instructionSet, appDataDir, isTopApp,
pkgDataInfoList, allowlistedDataInfoList,
bindMountAppDataDirs, bindMountAppStorageDirs);
...
}
// 继续查看nativeSpecializeAppProcess
// 文件所在frameworks/base/core/jni/com_android_internal_os_Zygote.cpp
static void com_android_internal_os_Zygote_nativeSpecializeAppProcess(
JNIEnv* env, jclass, jint uid, jint gid, jintArray gids, jint runtime_flags,
jobjectArray rlimits, jint mount_external, jstring se_info, jstring nice_name,
jboolean is_child_zygote, jstring instruction_set, jstring app_data_dir,
jboolean is_top_app, jobjectArray pkg_data_info_list,
jobjectArray allowlisted_data_info_list, jboolean mount_data_dirs,
jboolean mount_storage_dirs) {
jlong capabilities = CalculateCapabilities(env, uid, gid, gids, is_child_zygote);
SpecializeCommon(env, uid, gid, gids, runtime_flags, rlimits, capabilities, capabilities,
mount_external, se_info, nice_name, false, is_child_zygote == JNI_TRUE,
instruction_set, app_data_dir, is_top_app == JNI_TRUE, pkg_data_info_list,
allowlisted_data_info_list, mount_data_dirs == JNI_TRUE,
mount_storage_dirs == JNI_TRUE);
}
// 继续查看SpecializeCommon实现
static void SpecializeCommon(JNIEnv* env, uid_t uid, gid_t gid, jintArray gids, jint runtime_flags,
jobjectArray rlimits, jlong permitted_capabilities,
jlong effective_capabilities, jint mount_external,
jstring managed_se_info, jstring managed_nice_name,
bool is_system_server, bool is_child_zygote,
jstring managed_instruction_set, jstring managed_app_data_dir,
bool is_top_app, jobjectArray pkg_data_info_list,
jobjectArray allowlisted_data_info_list, bool mount_data_dirs,
bool mount_storage_dirs) {
const char* process_name = is_system_server ? "system_server" : "zygote";
auto fail_fn = std::bind(ZygoteFailure, env, process_name, managed_nice_name, _1);
auto extract_fn = std::bind(ExtractJString, env, process_name, managed_nice_name, _1);
auto se_info = extract_fn(managed_se_info);
auto nice_name = extract_fn(managed_nice_name);
auto instruction_set = extract_fn(managed_instruction_set);
auto app_data_dir = extract_fn(managed_app_data_dir);
// 在这里的nick_name就是应用的包名了
const char* nice_name_ptr = nice_name.has_value() ? nice_name.value().c_str() : nullptr;
// 如果是系统服务，就初始化系统服务的classloader
if (is_system_server) {
// Prefetch the classloader for the system server. This is done early to
// allow a tie-down of the proper system server selinux domain.
env->CallStaticObjectMethod(gZygoteInitClass, gGetOrCreateSystemServerClassLoader);
if (env->ExceptionCheck()) {
// Be robust here. The Java code will attempt to create the classloader
// at a later point (but may not have rights to use AoT artifacts).
env->ExceptionClear();
}
}
...
if (selinux_android_setcontext(uid, is_system_server, se_info_ptr, nice_name_ptr) == -1) {
fail_fn(CREATE_ERROR("selinux_android_setcontext(%d, %d, \"%s\", \"%s\") failed", uid,
is_system_server, se_info_ptr, nice_name_ptr));
}
// Make it easier to debug audit logs by setting the main thread's name to the
// nice name rather than "app_process".
if (nice_name.has_value()) {
SetThreadName(nice_name.value());
} else if (is_system_server) {
SetThreadName("system_server");
}
// 调用java层的callPostForkChildHooks函数
// 这个函数主要用来在新创建的子进程中调用回调函数进行初始化。
env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, runtime_flags,
is_system_server, is_child_zygote, managed_instruction_set);
...
}
```
​ 可以在这里插入一个日志，看看在android启动完成时，孵化出了哪些进程。
```cpp
env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, runtime_flags,
is_system_server, is_child_zygote, managed_instruction_set);
ALOGW("start CallStaticVoidMethod current process:%s", nice_name_ptr);
```
​ 然后编译aosp后刷入手机中。
```
// 执行脚本初始化编译环境
source ./build/envsetup.sh
// 选择要编译的版本
lunch aosp_blueline-userdebug
// 多线程编译
make -j$(nproc --all)
// 设置刷机目录
export ANDROID_PRODUCT_OUT=~/android_src/mikrom_out/target/product/blueline
// 手机重启进入bootloader
adb reboot bootloader
// 查看手机是否已经进入bootloader了
fastboot devices
// 将刚刚编译的系统刷入手机
fastboot flashall -w
```
使用android studio的logcat查看日志，或者直接使用命令`adb logcat > tmp.log`将日志输出到文件中，再进行观察。
```
system_process W start CallStaticVoidMethod current process:(null)
com.android.bluetooth W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.bluetooth
com.android.systemui W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.systemui
pid-2292 W start CallStaticVoidMethod current process:WebViewLoader-armeabi-v7a
pid-2293 W start CallStaticVoidMethod current process:WebViewLoader-arm64-v8a
com.android.networkstack W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.networkstack.process
com.qualcomm.qti.telephonyservice W start CallStaticVoidMethod current process:com.qualcomm.qti.telephonyservice
pid-2401 W start CallStaticVoidMethod current process:webview_zygote
com.android.se W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.se
com.android.phone W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.phone
com.android.settings W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.settings
android.ext.services W start CallStaticVoidMethod current process:android.ext.services
com.android.launcher3 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.launcher3
com....cellbroadcastreceiver.module W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.cellbroadcastreceiver.module
com.android.carrierconfig W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.carrierconfig
com.android.providers.blockednumber W start CallStaticVoidMethod current process:android.process.acore
pid-2859 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.deskclock
pid-2899 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.nfc
pid-2927 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.keychain
pid-2944 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.providers.media.module
pid-3028 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.quicksearchbox
pid-3059 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.printspooler
pid-3077 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.music
pid-3112 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.traceur
pid-3145 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.dialer
pid-3151 W start CallStaticVoidMethod current process:android.process.media
pid-3213 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.calendar
pid-3230 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.imsserviceentitlement
pid-3256 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.camera2
pid-3277 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.contacts
pid-3302 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.dynsystem
pid-3322 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.dynsystem:dynsystem
pid-3337 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.inputmethod.latin
pid-3359 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.managedprovisioning
pid-3380 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.messaging
pid-3413 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.onetimeinitializer
pid-3436 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.packageinstaller
pid-3455 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.permissioncontroller
pid-3480 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.providers.calendar
pid-3503 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.settings
pid-3504 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.localtransport
pid-3545 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.shell
pid-3568 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.statementservice
pid-3595 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.quicksearchbox
pid-3615 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.cellbroadcastreceiver.module
pid-3638 W start CallStaticVoidMethod current process:com.android.externalstorage
```
​ 从日志中可以看到system_process进程是孵化出来的一个进程，然后还孵化了一堆系统相关的进程，包括launcher桌面应用管理的系统应用。
​ 根据前文看到的一系列的代码，能够在代码中看到以下几个结论
1. zygote进程启动是通过app_process执行程序启动的
1. 由init进程解析init.rc时启动的第一个zygote
1. 在第一个zygote进程中创建的ZygoteServer，并开始监听消息。
1. zygote是在ZygoteServer这个服务中收到消息后，再去fork出新进程的
1. 所有进程均来自于zygote进程的fork而来，所以zygote是进程的始祖
​ 结合观测到的代码流程，再看下面的一个汇总图。不需要完全理解启动过程中的所有的处理，重点是在这里留下一个大致的印象以及简单的整理。
![image](.\images\android-boot.jpg)
## 3.7 Android app应用启动
​ 经过一系列的代码跟踪，学习到了android是如何启动的，系统服务是如何启动的，进程是如何启动。接下来相信大家也好奇，当点击打开一个应用后，系统做了一系列的什么工作，最终打开了这个app，调用到`MainActivity`的`onCreate`的呢。
​ 当Android成功进入系统后，在主界面中显示的桌面是一个叫做Launcher的系统应用，它是用来显示系统中已经安装的应用程序，并将这些信息的图标作为快捷方式显示在屏幕上，当用户点击图标时，Launcher就会启动对应的应用。在前文中，从forkSystemServer的流程中，最后能看到系统启动准备就绪后拉起了Launcher的应用。
​ 那么Launcher是如何打开一个应用的呢？其实Launcher本身就是作为第一个应用在系统启动后首先打开的，那么既然Launcher就是应用。那么在手机上看到各种应用的图标，就是它读取到需要展示的数据，然后布局展示出来的，点击后打开应用，就是给每个item设置的点击事件进行处理的。接着，来看看这个Launcher应用的源码。
​ 查看代码`frameworks/base/core/java/android/app/LauncherActivity.java`。
```java
public abstract class LauncherActivity extends ListActivity {
...
@Override
protected void onListItemClick(ListView l, View v, int position, long id) {
Intent intent = intentForPosition(position);
startActivity(intent);
}
...
}
```
​ 如果你是一名android开发人员，相信你对`startActivity`这个函数非常熟悉了，但是`startActivity`是如何打开一个应用的呢，很多人不会深入了解，但是，有了前文中的一系列基础铺垫，这时你已经能尝试追踪调用链了。现在，继续深入挖掘`startActivity`的原理。
​ 查看代码`frameworks/base/core/java/android/app/Activity.java`
```java
public void startActivity(Intent intent, @Nullable Bundle options) {
...
if (options != null) {
startActivityForResult(intent, -1, options);
} else {
// Note we want to go through this call for compatibility with
// applications that may have overridden the method.
startActivityForResult(intent, -1);
}
}
```
​ 继续追踪startActivityForResult
```java
// 继续追踪startActivityForResult
public void startActivityForResult(
String who, Intent intent, int requestCode, @Nullable Bundle options) {
Uri referrer = onProvideReferrer();
if (referrer != null) {
intent.putExtra(Intent.EXTRA_REFERRER, referrer);
}
options = transferSpringboardActivityOptions(options);
Instrumentation.ActivityResult ar =
mInstrumentation.execStartActivity(
this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, who,
intent, requestCode, options);
if (ar != null) {
mMainThread.sendActivityResult(
mToken, who, requestCode,
ar.getResultCode(), ar.getResultData());
}
cancelInputsAndStartExitTransition(options);
}
```
​ 接下来的关键函数是execStartActivity，继续深入
```java
// 继续追踪execStartActivity
public ActivityResult execStartActivity(
Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
...
try {
intent.migrateExtraStreamToClipData(who);
intent.prepareToLeaveProcess(who);
int result = ActivityTaskManager.getService().startActivity(whoThread,
who.getOpPackageName(), who.getAttributionTag(), intent,
intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()), token,
target != null ? target.mEmbeddedID : null, requestCode, 0, null, options);
checkStartActivityResult(result, intent);
} catch (RemoteException e) {
throw new RuntimeException("Failure from system", e);
}
return null;
}
```
​ 接下来发现是ActivityTaskManager对应的service调用的startActivity。
​ 查看代码`frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityTaskManagerService.java`
```java
public final int startActivity(IApplicationThread caller, String callingPackage,
String callingFeatureId, Intent intent, String resolvedType, IBinder resultTo,
String resultWho, int requestCode, int startFlags, ProfilerInfo profilerInfo,
Bundle bOptions) {
return startActivityAsUser(caller, callingPackage, callingFeatureId, intent, resolvedType,
resultTo, resultWho, requestCode, startFlags, profilerInfo, bOptions,
UserHandle.getCallingUserId());
}
private int startActivityAsUser(IApplicationThread caller, String callingPackage,
@Nullable String callingFeatureId, Intent intent, String resolvedType,
IBinder resultTo, String resultWho, int requestCode, int startFlags,
ProfilerInfo profilerInfo, Bundle bOptions, int userId, boolean validateIncomingUser) {
...
// TODO: Switch to user app stacks here.
return getActivityStartController().obtainStarter(intent, "startActivityAsUser")
.setCaller(caller)
.setCallingPackage(callingPackage)
.setCallingFeatureId(callingFeatureId)
.setResolvedType(resolvedType)
.setResultTo(resultTo)
.setResultWho(resultWho)
.setRequestCode(requestCode)
.setStartFlags(startFlags)
.setProfilerInfo(profilerInfo)
.setActivityOptions(bOptions)
.setUserId(userId)
.execute();
}
```
​ 最后，调用的是`execute`，先看看obtainStarter返回的对象类型
```java
ActivityStarter obtainStarter(Intent intent, String reason) {
return mFactory.obtain().setIntent(intent).setReason(reason);
}
```
​ 看到返回的是`ActivityStarter`类型，找到对应的`excute`的实现
​ TODO 下面的代码帮我补充下细节描述
```java
// 处理 Activity 启动请求的接口
int execute() {
...
res = executeRequest(mRequest);
...
}
// 各种权限检查，合法的请求则继续
private int executeRequest(Request request) {
...
mLastStartActivityResult = startActivityUnchecked(r, sourceRecord, voiceSession,
request.voiceInteractor, startFlags, true /* doResume */, checkedOptions, inTask,
restrictedBgActivity, intentGrants);
...
}
private int startActivityUnchecked(final ActivityRecord r, ActivityRecord sourceRecord,
IVoiceInteractionSession voiceSession, IVoiceInteractor voiceInteractor,
int startFlags, boolean doResume, ActivityOptions options, Task inTask,
boolean restrictedBgActivity, NeededUriGrants intentGrants) {
...
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER, "startActivityInner");
result = startActivityInner(r, sourceRecord, voiceSession, voiceInteractor,
startFlags, doResume, options, inTask, restrictedBgActivity, intentGrants);
...
}
int startActivityInner(final ActivityRecord r, ActivityRecord sourceRecord,
IVoiceInteractionSession voiceSession, IVoiceInteractor voiceInteractor,
int startFlags, boolean doResume, ActivityOptions options, Task inTask,
boolean restrictedBgActivity, NeededUriGrants intentGrants) {
setInitialState(r, options, inTask, doResume, startFlags, sourceRecord, voiceSession,
voiceInteractor, restrictedBgActivity);
...
// 主要作用是判断当前 activity 是否可见以及是否需要为其新建 Task
mTargetRootTask.startActivityLocked(mStartActivity,
topRootTask != null ? topRootTask.getTopNonFinishingActivity() : null, newTask,
mKeepCurTransition, mOptions, sourceRecord);
if (mDoResume) {
final ActivityRecord topTaskActivity =
mStartActivity.getTask().topRunningActivityLocked();
if (!mTargetRootTask.isTopActivityFocusable()
|| (topTaskActivity != null && topTaskActivity.isTaskOverlay()
&& mStartActivity != topTaskActivity)) {
...
} else {
if (mTargetRootTask.isTopActivityFocusable()
&& !mRootWindowContainer.isTopDisplayFocusedRootTask(mTargetRootTask)) {
mTargetRootTask.moveToFront("startActivityInner");
}
mRootWindowContainer.resumeFocusedTasksTopActivities(
mTargetRootTask, mStartActivity, mOptions, mTransientLaunch);
}
}
...
}
// 将所有聚焦的 Task 的所有 Activity 恢复运行，因为有些刚加入的 Activity 是处于暂停状态的
boolean resumeFocusedTasksTopActivities(
Task targetRootTask, ActivityRecord target, ActivityOptions targetOptions,
boolean deferPause) {
...
for (int displayNdx = getChildCount() - 1; displayNdx >= 0; --displayNdx) {
final DisplayContent display = getChildAt(displayNdx);
...
final Task focusedRoot = display.getFocusedRootTask();
if (focusedRoot != null) {
result |= focusedRoot.resumeTopActivityUncheckedLocked(target, targetOptions);
} else if (targetRootTask == null) {
result |= resumeHomeActivity(null /* prev */, "no-focusable-task",
display.getDefaultTaskDisplayArea());
}
}
return result;
}
boolean resumeTopActivityUncheckedLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options,
boolean deferPause) {
...
someActivityResumed = resumeTopActivityInnerLocked(prev, options, deferPause);
...
}
private boolean resumeTopActivityInnerLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options,
boolean deferPause) {
...
mTaskSupervisor.startSpecificActivity(next, true, true);
...
return true;
}
```
​ 接下来startProcessAsync判断目标Activity的应用是否在运行，在运行的则直接启动，否则启动新进程。
```java
void startSpecificActivity(ActivityRecord r, boolean andResume, boolean checkConfig) {
// Is this activity's application already running?
final WindowProcessController wpc =
mService.getProcessController(r.processName, r.info.applicationInfo.uid);
boolean knownToBeDead = false;
// 在运行中的直接启动
if (wpc != null && wpc.hasThread()) {
try {
realStartActivityLocked(r, wpc, andResume, checkConfig);
return;
} catch (RemoteException e) {
Slog.w(TAG, "Exception when starting activity "
+ r.intent.getComponent().flattenToShortString(), e);
}
// If a dead object exception was thrown -- fall through to
// restart the application.
knownToBeDead = true;
}
r.notifyUnknownVisibilityLaunchedForKeyguardTransition();
// 不在运行中则启动新进程
final boolean isTop = andResume && r.isTopRunningActivity();
mService.startProcessAsync(r, knownToBeDead, isTop, isTop ? "top-activity" : "activity");
}
```
​ 主要关注开启一个新应用的流程，所以这里只追踪`startProcessAsync`调用即可。
```java
void startProcessAsync(ActivityRecord activity, boolean knownToBeDead, boolean isTop,
String hostingType) {
try {
if (Trace.isTagEnabled(TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER)) {
Trace.traceBegin(TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER, "dispatchingStartProcess:"
+ activity.processName);
}
// Post message to start process to avoid possible deadlock of calling into AMS with the
// ATMS lock held.
final Message m = PooledLambda.obtainMessage(ActivityManagerInternal::startProcess,
mAmInternal, activity.processName, activity.info.applicationInfo, knownToBeDead,
isTop, hostingType, activity.intent.getComponent());
mH.sendMessage(m);
} finally {
Trace.traceEnd(TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER);
}
}
```
​ 上面开启新进程的代码是异步发送消息给了ActivityManagerService。找到AMS中对应的startProcess
```java
@Override
public void startProcess(String processName, ApplicationInfo info, boolean knownToBeDead,
boolean isTop, String hostingType, ComponentName hostingName) {
try {
if (Trace.isTagEnabled(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER)) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "startProcess:"
+ processName);
}
synchronized (ActivityManagerService.this) {
// If the process is known as top app, set a hint so when the process is
// started, the top priority can be applied immediately to avoid cpu being
// preempted by other processes before attaching the process of top app.
startProcessLocked(processName, info, knownToBeDead, 0 /* intentFlags */,
new HostingRecord(hostingType, hostingName, isTop),
ZYGOTE_POLICY_FLAG_LATENCY_SENSITIVE, false /* allowWhileBooting */,
false /* isolated */);
}
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
}
}
// 继续追踪startProcessLocked
final ProcessRecord startProcessLocked(String processName,
ApplicationInfo info, boolean knownToBeDead, int intentFlags,
HostingRecord hostingRecord, int zygotePolicyFlags, boolean allowWhileBooting,
boolean isolated) {
return mProcessList.startProcessLocked(processName, info, knownToBeDead, intentFlags,
hostingRecord, zygotePolicyFlags, allowWhileBooting, isolated, 0 /* isolatedUid */,
null /* ABI override */, null /* entryPoint */,
null /* entryPointArgs */, null /* crashHandler */);
}
// 在这里初始化了一堆进程信息，然后调用了另一个重载
// 并且注意entryPoint赋值android.app.ActivityThread
boolean startProcessLocked(ProcessRecord app, HostingRecord hostingRecord,
int zygotePolicyFlags, boolean disableHiddenApiChecks, boolean disableTestApiChecks,
String abiOverride) {
...
// the PID of the new process, or else throw a RuntimeException.
final String entryPoint = "android.app.ActivityThread";
return startProcessLocked(hostingRecord, entryPoint, app, uid, gids,
runtimeFlags, zygotePolicyFlags, mountExternal, seInfo, requiredAbi,
instructionSet, invokeWith, startTime);
}
//
boolean startProcessLocked(HostingRecord hostingRecord, String entryPoint, ProcessRecord app,
int uid, int[] gids, int runtimeFlags, int zygotePolicyFlags, int mountExternal,
String seInfo, String requiredAbi, String instructionSet, String invokeWith,
long startTime) {
...
final Process.ProcessStartResult startResult = startProcess(hostingRecord,
entryPoint, app,
uid, gids, runtimeFlags, zygotePolicyFlags, mountExternal, seInfo,
requiredAbi, instructionSet, invokeWith, startTime);
handleProcessStartedLocked(app, startResult.pid, startResult.usingWrapper,
startSeq, false);
...
return app.getPid() > 0;
}
// 继续查看startProcess
private Process.ProcessStartResult startProcess(HostingRecord hostingRecord, String entryPoint,
ProcessRecord app, int uid, int[] gids, int runtimeFlags, int zygotePolicyFlags,
int mountExternal, String seInfo, String requiredAbi, String instructionSet,
String invokeWith, long startTime) {
...
final Process.ProcessStartResult startResult;
boolean regularZygote = false;
// 这里根据应用情况使用不同类型的zygote来启动进程
if (hostingRecord.usesWebviewZygote()) {
startResult = startWebView(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, runtimeFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, seInfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, null, app.info.packageName,
app.getDisabledCompatChanges(),
new String[]{PROC_START_SEQ_IDENT + app.getStartSeq()});
} else if (hostingRecord.usesAppZygote()) {
final AppZygote appZygote = createAppZygoteForProcessIfNeeded(app);
// We can't isolate app data and storage data as parent zygote already did that.
startResult = appZygote.getProcess().start(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, runtimeFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, seInfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, null, app.info.packageName,
/*zygotePolicyFlags=*/ ZYGOTE_POLICY_FLAG_EMPTY, isTopApp,
app.getDisabledCompatChanges(), pkgDataInfoMap, allowlistedAppDataInfoMap,
false, false,
new String[]{PROC_START_SEQ_IDENT + app.getStartSeq()});
} else {
regularZygote = true;
startResult = Process.start(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, runtimeFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, seInfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, invokeWith, app.info.packageName, zygotePolicyFlags,
isTopApp, app.getDisabledCompatChanges(), pkgDataInfoMap,
allowlistedAppDataInfoMap, bindMountAppsData, bindMountAppStorageDirs,
new String[]{PROC_START_SEQ_IDENT + app.getStartSeq()});
}
if (!regularZygote) {
// webview and app zygote don't have the permission to create the nodes
if (Process.createProcessGroup(uid, startResult.pid) < 0) {
Slog.e(ActivityManagerService.TAG, "Unable to create process group for "
+ app.processName + " (" + startResult.pid + ")");
}
}
...
return startResult;
}
```
​ 这里，看到了`zygote`有三种类型，根据启动的应用信息使用不同类型的`zygote`来启动。
1. regularZygote 常规进程，zygote32/zygote64 进程，是所有 Android Java 应用的父进程
2. appZygote 应用进程，比常规进程多一些限制。
3. webviewZygote 辅助zygote进程，渲染不可信的web内容，最严格的安全限制
​ 三种zygote类型的启动流程差不多的，看常规进程启动即可。首先看getProcess返回的是什么类型
```java
public ChildZygoteProcess getProcess() {
synchronized (mLock) {
if (mZygote != null) return mZygote;
connectToZygoteIfNeededLocked();
return mZygote;
}
}
```
​ 应该找`ChildZygoteProcess`的`start`函数，然后找到类定义后，发现没有`start`，那么应该就是父类中的实现。
```java
public class ChildZygoteProcess extends ZygoteProcess {
private final int mPid;
ChildZygoteProcess(LocalSocketAddress socketAddress, int pid) {
super(socketAddress, null);
mPid = pid;
}
public int getPid() {
return mPid;
}
}
```
​ 继续找到父类ZygoteProcess的start函数，参数太长，这里省略掉参数的描述
```java
public final Process.ProcessStartResult start(...) {
...
return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,
runtimeFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,
abi, instructionSet, appDataDir, invokeWith, /*startChildZygote=*/ false,
packageName, zygotePolicyFlags, isTopApp, disabledCompatChanges,
pkgDataInfoMap, allowlistedDataInfoList, bindMountAppsData,
bindMountAppStorageDirs, zygoteArgs);
...
}
private Process.ProcessStartResult startViaZygote(...)
throws ZygoteStartFailedEx {
ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<>();
// 前面是将前面准备的参数填充好
// --runtime-args, --setuid=, --setgid=,
// and --setgroups= must go first
argsForZygote.add("--runtime-args");
argsForZygote.add("--setuid=" + uid);
argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
argsForZygote.add("--runtime-flags=" + runtimeFlags);
if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT) {
argsForZygote.add("--mount-external-default");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_INSTALLER) {
argsForZygote.add("--mount-external-installer");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_PASS_THROUGH) {
argsForZygote.add("--mount-external-pass-through");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_ANDROID_WRITABLE) {
argsForZygote.add("--mount-external-android-writable");
}
...
synchronized(mLock) {
// The USAP pool can not be used if the application will not use the systems graphics
// driver. If that driver is requested use the Zygote application start path.
return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi),
zygotePolicyFlags,
argsForZygote);
}
}
private Process.ProcessStartResult zygoteSendArgsAndGetResult(
ZygoteState zygoteState, int zygotePolicyFlags, @NonNull ArrayList<String> args)
throws ZygoteStartFailedEx {
...
//是否用非特定的应用程序进程池进行处理，默认不使用
if (shouldAttemptUsapLaunch(zygotePolicyFlags, args)) {
try {
return attemptUsapSendArgsAndGetResult(zygoteState, msgStr);
} catch (IOException ex) {
// If there was an IOException using the USAP pool we will log the error and
// attempt to start the process through the Zygote.
Log.e(LOG_TAG, "IO Exception while communicating with USAP pool - "
+ ex.getMessage());
}
}
return attemptZygoteSendArgsAndGetResult(zygoteState, msgStr);
}
private Process.ProcessStartResult attemptZygoteSendArgsAndGetResult(
ZygoteState zygoteState, String msgStr) throws ZygoteStartFailedEx {
try {
final BufferedWriter zygoteWriter = zygoteState.mZygoteOutputWriter;
final DataInputStream zygoteInputStream = zygoteState.mZygoteInputStream;
// 这里实际就是连接SocketServer了，发送一个消息给zygote孵化出来的第一个进程
zygoteWriter.write(msgStr);
zygoteWriter.flush();
Process.ProcessStartResult result = new Process.ProcessStartResult();
result.pid = zygoteInputStream.readInt();
result.usingWrapper = zygoteInputStream.readBoolean();
// ZygoteServer创建好进程后，返回pid
if (result.pid < 0) {
throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed");
}
return result;
} catch (IOException ex) {
zygoteState.close();
Log.e(LOG_TAG, "IO Exception while communicating with Zygote - "
+ ex.toString());
throw new ZygoteStartFailedEx(ex);
}
}
```
​ 到这里，回首看看前文中介绍`ZygoteServer`启动进程的流程，当时看到执行到最后是`findStaticMain`函数，是获取一个类名下的main函数，并返回后进行调用。现在启动进程时，在`startProcessLocked`函数中能看到类名赋值是`android.app.ActivityThread`，所以这里和`ZygoteServer`进行通信创建线程，最后调用的函数就是`android.app.ActivityThread`中的`main`函数。这样一来，启动流程就衔接上了。
​ `ActivityThread`是Android应用程序运行的UI主线程，负责处理应用程序的所有生命周期事件，接收系统消息并处理它们，main函数就是安卓应用的入口函数。`prepareMainLooper`函数将实例化一个`Looper`对象，然后由`Looper`对象创建一个消息队列，当`loop`函数调用时，UI线程就会进入消息循环，不断从消息队列获取到消息去进行相应的处理。
```java
public static void main(String[] args) {
...
Looper.prepareMainLooper();
...
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false, startSeq);
// 主线程消息循环处理的handler
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
...
Looper.loop();
}
//接着看attach做了什么
private void attach(boolean system, long startSeq) {
...
mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
...
}
```
​ 先看看这个`loop`函数，在这里直接是一个死循环进行`loopOnce`调用
```java
public static void loop() {
...
for (;;) {
if (!loopOnce(me, ident, thresholdOverride)) {
return;
}
}
}
```
​ 继续看`loopOnce`的实现，看到了从队列中获取一条消息，并且将消息派发给对应的Handler来执行。
```java
private static boolean loopOnce(final Looper me,
final long ident, final int thresholdOverride) {
Message msg = me.mQueue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return false;
}
...
msg.target.dispatchMessage(msg);
...
return true;
}
```
​ 对应的消息处理的Handler就是前面在入口函数main中看到的sMainThreadHandler对象前面看到是通过getHandler函数获取的，跟进去寻找具体的对象。
```java
public Handler getHandler() {
return mH;
}
// 继续查看mH是如何赋值，找到代码如下。
final H mH = new H();
```
​ 找到的这个H类型就是对应的主线程消息处理`Handler`了。看看相关实现。
```java
class H extends Handler {
public static final int BIND_APPLICATION = 110;
@UnsupportedAppUsage
public static final int EXIT_APPLICATION = 111;
...
String codeToString(int code) {
if (DEBUG_MESSAGES) {
switch (code) {
case BIND_APPLICATION: return "BIND_APPLICATION";
case EXIT_APPLICATION: return "EXIT_APPLICATION";
...
}
}
return Integer.toString(code);
}
public void handleMessage(Message msg) {
if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
switch (msg.what) {
case BIND_APPLICATION:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "bindApplication");
AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;
handleBindApplication(data);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
case EXIT_APPLICATION:
if (mInitialApplication != null) {
mInitialApplication.onTerminate();
}
Looper.myLooper().quit();
break;
...
}
...
}
}
```
​ 再回头看看`attach`中的处理，`mgr`就是`AMS`，所以来到`ActivityManagerService`查看`attachApplication`：
```java
public final void attachApplication(IApplicationThread thread, long startSeq) {
if (thread == null) {
throw new SecurityException("Invalid application interface");
}
synchronized (this) {
int callingPid = Binder.getCallingPid();
final int callingUid = Binder.getCallingUid();
final long origId = Binder.clearCallingIdentity();
attachApplicationLocked(thread, callingPid, callingUid, startSeq);
Binder.restoreCallingIdentity(origId);
}
}
// 继续追踪attachApplicationLocked
private boolean attachApplicationLocked(@NonNull IApplicationThread thread,
int pid, int callingUid, long startSeq) {
...
if (app.getIsolatedEntryPoint() != null) {
// This is an isolated process which should just call an entry point instead of
// being bound to an application.
thread.runIsolatedEntryPoint(
app.getIsolatedEntryPoint(), app.getIsolatedEntryPointArgs());
} else if (instr2 != null) {
thread.bindApplication(processName, appInfo, providerList,
instr2.mClass,
profilerInfo, instr2.mArguments,
instr2.mWatcher,
instr2.mUiAutomationConnection, testMode,
mBinderTransactionTrackingEnabled, enableTrackAllocation,
isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.isPersistent(),
new Configuration(app.getWindowProcessController().getConfiguration()),
app.getCompat(), getCommonServicesLocked(app.isolated),
mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked(),
buildSerial, autofillOptions, contentCaptureOptions,
app.getDisabledCompatChanges(), serializedSystemFontMap);
} else {
thread.bindApplication(processName, appInfo, providerList, null, profilerInfo,
null, null, null, testMode,
mBinderTransactionTrackingEnabled, enableTrackAllocation,
isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.isPersistent(),
new Configuration(app.getWindowProcessController().getConfiguration()),
app.getCompat(), getCommonServicesLocked(app.isolated),
mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked(),
buildSerial, autofillOptions, contentCaptureOptions,
app.getDisabledCompatChanges(), serializedSystemFontMap);
}
...
}
```
​ 最后重新调用回ActivityThread的bindApplication，继续跟进去查看
```java
public final void bindApplication(...) {
...
AppBindData data = new AppBindData();
data.processName = processName;
data.appInfo = appInfo;
data.providers = providerList.getList();
data.instrumentationName = instrumentationName;
data.instrumentationArgs = instrumentationArgs;
data.instrumentationWatcher = instrumentationWatcher;
data.instrumentationUiAutomationConnection = instrumentationUiConnection;
data.debugMode = debugMode;
data.enableBinderTracking = enableBinderTracking;
data.trackAllocation = trackAllocation;
data.restrictedBackupMode = isRestrictedBackupMode;
data.persistent = persistent;
data.config = config;
data.compatInfo = compatInfo;
data.initProfilerInfo = profilerInfo;
data.buildSerial = buildSerial;
data.autofillOptions = autofillOptions;
data.contentCaptureOptions = contentCaptureOptions;
data.disabledCompatChanges = disabledCompatChanges;
data.mSerializedSystemFontMap = serializedSystemFontMap;
sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data);
}
```
​ 这时`AppBindData`数据初始化完成了，最后发送消息`BIND_APPLICATION`通知准备就绪，并将准备好的数据发送过去。查看消息循环的处理部分`handleMessage`函数，看这个数据传给哪个函数处理了。
```java
public void handleMessage(Message msg) {
if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
switch (msg.what) {
case BIND_APPLICATION:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "bindApplication");
AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;
handleBindApplication(data);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
...
}
```
​ 发现调用到了`handleBindApplication`，继续追踪这个函数
```java
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
...
//前面准备好的data数据赋值给了mBoundApplication
mBoundApplication = data;
...
// 创建出了Context
final ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(this, data.info);
...
Application app;
final StrictMode.ThreadPolicy savedPolicy = StrictMode.allowThreadDiskWrites();
final StrictMode.ThreadPolicy writesAllowedPolicy = StrictMode.getThreadPolicy();
try {
// 创建出了Application
app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);
...
// Application赋值给了mInitialApplication
mInitialApplication = app;
...
try {
mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
} catch (Exception e) {
...
}
} finally {
...
}
...
}
// 看看是如何创建出Application的
public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,
Instrumentation instrumentation) {
if (mApplication != null) {
return mApplication;
}
...
app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
cl, appClass, appContext);
...
return app;
}
// 继续看newApplication的实现
static public Application newApplication(Class<?> clazz, Context context)
throws InstantiationException, IllegalAccessException,
ClassNotFoundException {
Application app = (Application)clazz.newInstance();
// 最后发现调用了attach
app.attach(context);
return app;
}
```
​ 在上面看到了`Context`的创建和`Application`的创建，继续看看怎么调用到自己开发的app中的`onCreate`的，继续追踪`callApplicationOnCreate`的实现
```java
public void callApplicationOnCreate(Application app) {
...
app.onCreate();
}
```
​ 到这里，成功跟踪到最后调用app应用的`onCreate`函数，并且发现为什么很多人喜欢hook attach函数，因为在Application创建出来最早先调用了这个函数，所以这里是一个较早hook时机。下面是结合跟踪的代码总结的简单的启动流程图。
TODO 流程图
​ 在这一小节，不断加深对Android源码的了解，由分析Android的启动流程和App应用的启动流程两个分析点入手将过程划为一条线，接着，将围绕着追踪流程中，碰到的一些较为重要的模块进行介绍。
## 3.8 了解Service
​ Service是一种运行在后台的组件也可以称之为服务，它不像Activity那样有前台显示用户界面的能力，而是一种更加抽象的组件，它可以提供后台服务，如播放音乐、下载文件等操作，或者在后台定时执行某些任务。Service可以被应用程序绑定，也可以独立运行，它可以接收外部的命令，执行耗时的任务，并提供不依赖于用户界面的后台运行。这些
​ 在Android启动流程中，就已经看到了很多Service的启动，前文代码看到当系统启动后通过`forkSystemServer`执行到`SystemServer`来启动一系列的Service。这些Service有着各自负责的功能，其中最关键的是ActivityManagerService，常常被简称为`AMS`。而启动了`AMS`的`SystemServer`也是一个服务，这个服务负责在Android完成启动后，加载和启动所有的系统服务，管理系统级别的资源。
​ AMS是Android系统中的一个核心服务，它是一个系统级服务，负责Android系统中的所有活动管理，包括应用程序的启动，暂停，恢复，终止，以及对系统资源的管理和分配。负责Android系统中所有活动的管理。它负责管理任务栈，并允许任务栈中的任务来回切换，以便在任务之间改变焦点。它还负责管理进程，并将进程启动，暂停，恢复，终止，以及分配系统资源。在启动流程中能看到，所有Service都是由它来启动的.
​ 除了AMS外，也有其他重要的Service为Android应用提供基础的功能，下面简单介绍这些常用的Service。
​ WindowManagerService是Android系统中一个非常重要的服务，它主要功能是负责管理系统上所有窗口的显示和操作，包括管理全屏窗口、小窗口、弹窗、菜单和其他应用程序的窗口，使窗口在手机屏幕上正确的显示。 它包括以下几个部分：
​ 1、布局管理器：负责管理系统中所有窗口的位置和大小，实现窗口的移动、调整大小、切换窗口等功能。
​ 2、窗口管理器：负责管理系统中所有窗口的显示和操作，比如添加、移除、隐藏、显示窗口，以及设置窗口的属性如背景、边框、大小等。
​ 3、动画管理器：负责实现窗口的过渡动画，比如淡入淡出、缩放、旋转等。
​ 4、事件处理器：负责处理窗口上的触摸、按键等事件，实现窗口的响应功能。
​ PackageManagerService是Android系统中提供给应用程序访问Android软件包的主要服务。下面是这个服务提供的相关功能。
​ 1、负责管理Android软件包的安装、删除和更新，以及软件包的查询和配置。
​ 2、它有一个名为Packages.xml的XML文档，该文档是Android系统中所有软件包的列表，其中包含了每个软件包的基本信息，如应用程序的版本，安装时间，文件大小等。
​ 3、同时还负责检查安装的软件包是否与Android系统兼容，并确保软件包的安全性。它还可以检查某一软件包是否已安装，并获取软件包的版本号。
​ 4、提供了应用程序组件的管理功能，可以查看应用程序的组件，如活动，服务，广播接收器，内容提供器等，并提供对它们的控制。
​ 5、提供了对Android系统的配置的访问，可以检查与Android系统相关的系统属性，用户设置，系统设置等。
​ PowerManagerService是Android系统中用来管理设备电源状态的服务可以有效地管理设备的电源，从而大大提升设备的电池续航能力，也可以降低设备运行时的功耗。它负责处理设备上的所有电源相关操作。下面是提供的相关功能。
​ 1、设置设备的电源模式，如在电池和充电时的运行模式。
​ 2、管理屏幕状态，如屏幕亮度、屏幕超时时间。
​ 3、管理CPU频率，确保CPU在低频下运行，以节省电量。
​ 4、根据需要自动检测电池电量，以及提供充电提醒。
​ 5、管理设备上的设备锁以及设备唤醒功能，确保在特定情况下设备可以正常工作
​ InputMethodManagerService是Android系统中输入法服务的核心，它负责处理用户输入，管理输入法状态，以及向应用程序提供输入服务。
​ 1、输入法管理：负责管理当前输入法，它可以安装、卸载和更新输入法，还可以管理系统的输入法开关，以及支持多种输入法语言切换。
​ 2、 输入法状态管理：管理输入法的状态，包括输入法最近使用的语言，以及输入法当前输入的内容和应用程序上下文。
​ 3、输入服务：可以通过服务接口为应用程序提供输入服务，例如，应用程序可以通过它来访问输入法的当前状态和内容，以及实时输入的文本内容。
​ 4、 输入事件处理：可以接收并处理用户的输入事件，包括按键、触摸屏、语音输入等，并将这些输入事件发送给当前输入法，从而实现用户输入的实时响应。
​ NotificationManagerService是Android框架的一部分，它负责处理和管理应用程序发出的通知。它主要是用来管理系统的通知，包括消息、提醒、更新等，相关功能如下。
​ 1、它实现了通知的管理，收集、组织、过滤通知，并将它们发送给用户。它能够管理所有应用程序发出的通知，包括系统通知、应用程序发出的通知，并可以根据用户的偏好，显示哪些通知。
​ 2、包含一系列用于处理不同类型通知的回调方法，例如，当应用程序发出新消息时，它将调用NotificationManagerService的onNotificationPosted()回调方法，并将新消息传递给该方法。此外，NotificationManagerService还可以拦截用户设备上的所有通知，并在必要时修改它们，例如更改通知栏的显示格式等。
​ LocationManagerService是Android操作系统中的一个位置管理服务，相关功能如下。
​ 1、可以根据应用程序的要求调用GPS、网络和其他位置技术来获取当前设备的定位信息。
​ 2、可以根据设备的位置信息，控制应用程序的定位功能，以及设备的位置报警功能。
​ 3、还可以收集设备的位置数据，并将其存储在系统中，以便应用程序可以获取设备的历史位置数据。
​ InputManagerService是Android系统中一个重要的核心服务，它负责输入设备的管理和控制，以及系统中所有输入事件的处理。相关功能如下。
​ 1、负责管理Android系统的输入设备，如触摸屏、虚拟按键、键盘、轨迹球等。
​ 2、会将输入事件传递给应用程序，以便处理和响应。
​ 3、负责输入设备的管理和控制，能够根据应用程序的需求，对输入设备进行调整和控制。
​ 4、负责处理Android系统中所有输入事件，并将处理结果传递给相应的应用程序。
​ AlarmManagerService负责处理所有系统定时任务，如闹钟，定时器等。它可以安排可执行的任务，使它们在指定的时刻开始执行。
​ 1、监控系统中的各种时间事件，以执行指定的任务。
​ 2、可以安排可执行的任务，使它们在指定的时刻开始执行。
​ 3、可以发送唤醒广播，以启动指定的服务或应用程序。
​ 4、可以安排周期性的任务，可以在指定的时间间隔内重复执行指定的任务。
​ 5、可以用于处理设备睡眠、唤醒等系统状态切换。
​ 6、可以按照特定的时间间隔定期更新设备的时间。
​ NetworkManagementService是Android操作系统中的一种网络管理服务。它是Android操作系统的一部分，用于控制和管理Android系统中的网络连接，并且能够在不同的网络之间进行切换。
​ 1、能够检查和管理手机的网络状态，能够监控网络设备的连接状态，如WiFi、蓝牙、移动数据等，能够有效地检测当前手机所连接的网络信息和状态，并进行相应的网络状态管理。
​ 2、能够为Android系统中的应用提供网络接入服务，提供网络连接状态的反馈，以及网络设备连接状态的反馈，以便应用能够更好的控制网络连接。
​ 3、能够实现网络连接的切换，并且能够在不同的网络之间进行切换，从而实现最优路由，有效地提升网络性能和体验。
​ 4、能够实现网络安全管理，可以针对不同的网络设备进行安全管理，以防止网络攻击，保护系统的安全性。
​ 5、能够实现网络信息的统计和分析，可以统计网络设备的使用情况，并对其进行分析，以便对网络的管理更加有效。
​ BluetoothService是Android操作系统中的一种服务，它可以实现蓝牙设备之间的无线通信。它提供了一种方便的方式来建立和管理蓝牙连接，使蓝牙设备之间能够进行文件传输、远程打印、蓝牙键盘连接等活动。
​ 还有更多的系统服务为Android的运行提供着各模块的基础功能，这里就不展开详细叙述了，当对某一个服务的功能实现感兴趣时，可以顺着启动服务的地方开始跟踪代码，分析实现的逻辑。也可以直接参考系统服务的定义模式来自定义系统服务来提供特殊需求的功能。
## 3.9 了解Framework
​ Framework指的是软件开发框架，由于系统处于内核中，无法直接对系统的功能进行请求，而是由框架层为开发的顶层应用提供接口调用，从而不必烦恼如何与底层交互，开发框架为开发人员提供各种功能以及Android应用工具的支持来便于创建和管理Android应用程序，最终达到让用户能高效开发Android应用的目的，以生活中的事务为例，Framework就像是一个配套完善的小区，有高效的物业，周边配套有学校、医院、商场，各类设施非常齐全，而用户就像是小区内的业主。
看一张经典的架构图。
![在这里插入图片描述](.\images\android-framework.jpg)
​ 从上图中可以看到Framewok的组成部分，它们的功能分别是：
1. Activity Manager：用于管理和协调所有Android应用程序的活动和任务。
2. Content Providers：允许Android应用程序之间共享数据。
3. Package Manager：用于安装，升级和管理应用程序，以及处理应用程序的权限。
4. Resource Manager：管理应用程序使用的资源，例如图像，字符串，布局。
5. Notification Manager：处理Android系统的通知机制。
6. Telephony Manager：提供电话功能，例如拨打电话，接听电话等。
7. Location Manager：用于获取设备的位置信息。
8. View System：提供用户界面的基本组件或部件，例如按钮，文本框等。
9. Window Manager：处理屏幕上的窗口，例如在屏幕上绘制UI元素和管理窗口焦点。
10. Package Installer：用于在设备上安装应用程序的控制面板。
11. Resource Manager：管理所有允许应用程序访问的公共资源，例如铃声，照片和联系人信息。
12. Activity和Fragment：提供应用程序的用户界面和控制器。
​ 可以看到前文中的各种系统服务就是属于Framework中的一部分，但是用户层并不能直接的访问系统服务提供的功能，而是通过各服务对应的管理器来对系统服务进行调用。接下来开始跟踪，在开发应用中，当调用一个系统服务提供的功能时发生了哪些调用，使用Android Studio创建一个项目，添加如下代码。
```java
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
TelephonyManager tm = (TelephonyManager) this.getSystemService(TELEPHONY_SERVICE);
/*
* 电话状态：
* 1.tm.CALL_STATE_IDLE=0 无活动
* 2.tm.CALL_STATE_RINGING=1 响铃
* 3.tm.CALL_STATE_OFFHOOK=2 摘机
*/
int state= tm.getCallState();//int
Log.i("MainActivity","phone state "+state);
}
```
​ 通过getSystemService函数提供了一个系统服务的名称，获取到了对应系统服务对应管理器，通过调用管理器的函数来触发对应系统服务的功能，看看具体是如何获取到系统服务的。找到Android源码中Activity.java文件。
```java
public Object getSystemService(@ServiceName @NonNull String name) {
if (getBaseContext() == null) {
throw new IllegalStateException(
"System services not available to Activities before onCreate()");
}
if (WINDOW_SERVICE.equals(name)) {
return mWindowManager;
} else if (SEARCH_SERVICE.equals(name)) {
ensureSearchManager();
return mSearchManager;
}
return super.getSystemService(name);
}
```
​ 如果是WINDOW_SERVICE或者SEARCH_SERVICE就快速的返回对应的管理器了，其他系统服务则继续调用父类的函数。Activity继承自ContextThemeWrapper，找到对应实现代码如下。
```java
public Object getSystemService(String name) {
if (LAYOUT_INFLATER_SERVICE.equals(name)) {
if (mInflater == null) {
mInflater = LayoutInflater.from(getBaseContext()).cloneInContext(this);
}
return mInflater;
}
return getBaseContext().getSystemService(name);
}
```
​ 找到ContextImpl中的对应实现
```java
public Object getSystemService(String name) {
...
return SystemServiceRegistry.getSystemService(this, name);
}
```
​ 继续查看SystemServiceRegistry中的实现
```java
public static Object getSystemService(ContextImpl ctx, String name) {
if (name == null) {
return null;
}
final ServiceFetcher<?> fetcher = SYSTEM_SERVICE_FETCHERS.get(name);
if (fetcher == null) {
if (sEnableServiceNotFoundWtf) {
Slog.wtf(TAG, "Unknown manager requested: " + name);
}
return null;
}
final Object ret = fetcher.getService(ctx);
...
return ret;
}
```
​ 发现服务是从SYSTEM_SERVICE_FETCHERS中获取出来，然后返回的。看看这个对象的值是如何插进去的。搜索该对象的put函数调用处找到相关函数如下。
```java
private static <T> void registerService(@NonNull String serviceName,
@NonNull Class<T> serviceClass, @NonNull ServiceFetcher<T> serviceFetcher) {
SYSTEM_SERVICE_NAMES.put(serviceClass, serviceName);
SYSTEM_SERVICE_FETCHERS.put(serviceName, serviceFetcher);
SYSTEM_SERVICE_CLASS_NAMES.put(serviceName, serviceClass.getSimpleName());
}
```
​ 从名字就能看的出来，这是一个注册系统服务的函数，知道了想要查找到一个系统服务，必须通过`registerService`函数注册。顺着这个函数，找到在`SystemServiceRegistry`类中进行了大量的系统服务注册，如果添加一个自定义的系统服务，同样也是需要在这里进行系统服务的注册。
看看TelephonyManager中getCallState函数的实现。
```java
public @CallState int getCallState() {
if (mContext != null) {
TelecomManager telecomManager = mContext.getSystemService(TelecomManager.class);
if (telecomManager != null) {
return telecomManager.getCallState();
}
}
return CALL_STATE_IDLE;
}
```
​ 这里又通过另一个管理器进行的函数调用，继续跟进去
```java
public @CallState int getCallState() {
ITelecomService service = getTelecomService();
if (service != null) {
try {
return service.getCallStateUsingPackage(mContext.getPackageName(),
mContext.getAttributionTag());
} catch (RemoteException e) {
Log.d(TAG, "RemoteException calling getCallState().", e);
}
}
return TelephonyManager.CALL_STATE_IDLE;
}
```
​ 然后就看到了，管理器并不负责业务相关的处理，主要是调用对应的系统服务来获取结果。继续查看getCallStateUsingPackage函数实现
```java
public int getCallStateUsingPackage(String callingPackage, String callingFeatureId) {
try {
Log.startSession("TSI.getCallStateUsingPackage");
if (CompatChanges.isChangeEnabled(
TelecomManager.ENABLE_GET_CALL_STATE_PERMISSION_PROTECTION, callingPackage,
Binder.getCallingUserHandle())) {
// Bypass canReadPhoneState check if this is being called from SHELL UID
if (Binder.getCallingUid() != Process.SHELL_UID && !canReadPhoneState(
callingPackage, callingFeatureId, "getCallState")) {
throw new SecurityException("getCallState API requires READ_PHONE_STATE"
+ " for API version 31+");
}
}
synchronized (mLock) {
return mCallsManager.getCallState();
}
} finally {
Log.endSession();
}
}
```
​ 在系统服务中就看到了管理状态相关的具体业务代码了，继续观察getCallStae的实现
```java
int getCallState() {
return mPhoneStateBroadcaster.getCallState();
}
```
​ 最后是由PhoneStateBroadcaster对象维护着电话的状态信息了，PhoneStateBroadcaster是Android中的一个系统广播机制，它用于在电话状态发生变化时发出通知，以便其他组件和应用程序能够接收和处理这些变化。它可以发出包括新来电，挂断电话，拨号等状态变化的通知，以使系统中的其他组件能够更新和处理这些变化。PhoneStateBroadcaster还提供了一些其他的功能，例如电话状态监控，用于检测电话状态的变化，以便能够及时响应。简单的贴一下相关的代码如下。
```java
final class PhoneStateBroadcaster extends CallsManagerListenerBase {
...
@Override
public void onCallStateChanged(Call call, int oldState, int newState) {
if (call.isExternalCall()) {
return;
}
updateStates(call);
}
@Override
public void onCallAdded(Call call) {
if (call.isExternalCall()) {
return;
}
updateStates(call);
if (call.isEmergencyCall() && !call.isIncoming()) {
sendOutgoingEmergencyCallEvent(call);
}
}
@Override
public void onCallRemoved(Call call) {
if (call.isExternalCall()) {
return;
}
updateStates(call);
}
@Override
public void onExternalCallChanged(Call call, boolean isExternalCall) {
updateStates(call);
}
private void updateStates(Call call) {
int callState = TelephonyManager.CALL_STATE_IDLE;
if (mCallsManager.hasRingingOrSimulatedRingingCall()) {
callState = TelephonyManager.CALL_STATE_RINGING;
} else if (mCallsManager.getFirstCallWithState(CallState.DIALING, CallState.PULLING,
CallState.ACTIVE, CallState.ON_HOLD) != null) {
callState = TelephonyManager.CALL_STATE_OFFHOOK;
}
sendPhoneStateChangedBroadcast(call, callState);
}
int getCallState() {
return mCurrentState;
}
private void sendPhoneStateChangedBroadcast(Call call, int phoneState) {
if (phoneState == mCurrentState) {
return;
}
mCurrentState = phoneState;
...
}
...
}
```
## 3.9 了解libcore
​ libcore是Android平台下的Java核心库，主要提供与Java语言核心相关的类，如Object类、String类，Java集合类以及输入/输出流等。同时，libcore还包括了平台支持库，提供了一些用于Android平台特定功能的实现，如Socket、SSL、File、URI等类的平台特定实现。
​ libcore库还包括了面向移动设备的一些实现，如用于应用程序沙箱、低内存设备优化和运行时的权限管理等。这些功能使得Android应用程序开发更加便捷，具有更高的安全性和稳定性。
​ 在Android应用程序开发中，libcore库是必不可少的一部分，其提供的类和实现对于开发和调试应用程序都具有非常重要的作用。
​ 在libcore库中，luni是其中的一个子库，是指Java的基础类库（LUNI = LANG + UTIL + NET + IO），ojluni是OpenJDK的代码在Android中的实现，其目录结构与luni子库类似，包含了Java语言核心类、Java集合类和I/O类等。ojluni是在Java标准库的基础上进行了一些定制化的修改，以便更好地适配Android系统。
在ojluni子库中，主要包含了以下类和接口：
1. java.lang包：包含了Java语言的核心类，如Object、String、Class、System等。
2. java.util包：包含了Java集合类，如ArrayList、HashMap等。
3. java.io包：包含了Java I/O类，如File、InputStream、OutputStream等。
4. java.net包：包含了Java网络编程类，如Socket、URL等。
​ 在Android应用程序开发中，ojluni子库也是非常重要的一部分，它提供了Java语言的核心类和接口，以及Java集合类和I/O类等，在使用Java标准库时需要注意一些Android系统特殊性的修改。可以通过在这里阅读和修改openjdk中的实现，或添加一些目录和类为开发定制功能提供便利。下面用`tree`命令展开目录的树状图。
```
tree ./libcore/ojluni/src/main/java/ -d
├── com
│   └── sun
│   ├── net
│   │   └── ssl
│   │   └── internal
│   │   └── ssl
│   ├── nio
│   │   └── file
│   └── security
│   └── cert
│   └── internal
│   └── x509
├── java
│   ├── awt
│   │   └── font
│   ├── beans
│   ├── io
│   ├── lang
│   │   ├── annotation
│   │   ├── invoke
│   │   ├── ref
│   │   └── reflect
│   ├── math
│   ├── net
│   ├── nio
│   │   ├── channels
│   │   │   └── spi
│   │   ├── charset
│   │   │   └── spi
│   │   └── file
│   │   ├── attribute
│   │   └── spi
│   ├── security
│   │   ├── acl
│   │   ├── cert
│   │   ├── interfaces
│   │   └── spec
│   ├── sql
│   ├── text
│   ├── time
│   │   ├── chrono
│   │   ├── format
│   │   ├── temporal
│   │   └── zone
│   └── util
│   ├── concurrent
│   │   ├── atomic
│   │   └── locks
│   ├── function
│   ├── jar
│   ├── logging
│   ├── prefs
│   ├── regex
│   ├── stream
│   └── zip
├── javax
│   ├── crypto
│   │   ├── interfaces
│   │   └── spec
│   ├── net
│   │   └── ssl
│   ├── security
│   │   ├── auth
│   │   │   ├── callback
│   │   │   ├── login
│   │   │   └── x500
│   │   └── cert
│   └── sql
│   └── rowset
├── jdk
│   ├── internal
│   │   ├── util
│   │   └── vm
│   │   └── annotation
│   └── net
└── sun
├── invoke
│   └── util
├── misc
├── net
│   ├── ftp
│   │   └── impl
│   ├── spi
│   │   └── nameservice
│   ├── util
│   └── www
│   └── protocol
│   ├── file
│   ├── ftp
│   └── jar
├── nio
│   ├── ch
│   ├── cs
│   └── fs
├── reflect
│   └── misc
├── security
│   ├── action
│   ├── jca
│   ├── pkcs
│   ├── provider
│   │   └── certpath
│   ├── timestamp
│   ├── util
│   └── x509
└── util
├── calendar
├── locale
│   └── provider
├── logging
└── resources
```
## 3.11 了解sepolicy
​ sepolicy是指Android系统中实现访问控制的一种安全机制，它在Linux内核的基础上实现，用于保证手机安全。
在Android中，sepolicy主要用于限制应用程序的权限，使其只能访问其所需的资源，并在需要时向用户请求权限。通过限制应用程序的权限，可以防止恶意软件和攻击者攻击系统。
具体而言，sepolicy可以做到以下几点：
1. 限制应用程序访问系统的资源，例如系统设置、网络接口等。
2. 限制应用程序的使用权限，例如读取联系人、访问存储空间等。
3. 保护系统文件和目录，防止应用程序和攻击者修改和删除系统关键文件。
4. 限制system_server和其他服务的访问权限，以提高系统的安全性。
为了实现这些功能，Android sepolicy使用了许多安全策略，包括：
1. Type Enforcemen是一种强制式访问控制（MAC）策略，它可以将每一个资源（如文件、目录、设备等）和进程依据其安全等级划分到一个预先定义好的类型域（domain）之中，并且限制这些资源之间的访问。。
2. Role Based Access Control（RBAC）：使用了基于角色的访问控制策略，在系统安全范围内分配相应角色并运用于用户。
3. Mandatory Access Control（MAC）：在安全措施中使用永久访问控制的策略来强化安全风险管理。
通过以上措施的组合，Android sepolicy可以保证手机系统的安全性和可靠性，使得用户使用手机更加放心，保护了手机中存储的个人和敏感信息。
​ 在ROM定制时，常会添加某些功能时由于权限问题导致系统输出警告信息提示错误，这种情况需要调整策略，通过以上的一种方式为app开放权限。调整策略的位置在 Android 源代码的 `./system/sepolicy/` 目录中，`public`、`private`、`prebuilts` 目录下。
1. `public`：该目录包含 Android 系统与函数库等公共的 sepolicy 规则。这些规则是开发人员和厂商可以自由使用和修改的，因为这些规则涉及到的是公共区域的访问控制。
2. `private`：该目录包含硬编码到 Android 系统中的特定规则。这些规则用于控制既定的 Android 系统功能和应用程序，例如拨号应用程序、电源管理等，因此这些规则不能被修改或覆盖。
3. `prebuilts`: 该目录包含预制的 sepolicy 文件，通常在 Android 设备的启动映像中用于定制芯片厂商的定制设备。它包括一组针对不同芯片和设备制造商的 sepolicy 规则和策略，找不到与特定设备相关联的策略时，预置策略可作为 Fallback 值。
​ 在构建安卓设备时，sepolicy 在以上的基础上会使用 *.te（Type Enforcement） 和 *.fc（File Context） 规则来生成 sepolicy 文件，以针对特定设备和应用程序修补平台策略。在这个过程中，可以将上述的默认策略与特定设备或应用程序的安全策略独立或合并起来，以进一步加强安全性。
​ 当修改 Android 系统的 sepolicy 策略时，系统会使用 prebuilts 中的策略进行对比，这是因为 prebuilts 中包含了在 Android 设备上预置的 sepolicy 策略和规则。
​ 首先，系统先会加载 `public` 目录中的公共 sepolicy 规则，然后会使用 `private` 目录中的预设规则来控制既定的 Android 系统功能和应用程序。如果系统需要更改某些规则，系统会加载 `public` 和 `private` 目录中的规则文件，并根据这些文件进行修改。
​ 在这个过程中，如果需要新的规则并且它不存在于 `public` 和 `private` 目录中，则系统需要使用预制的 `prebuilts` 规则对新规则进行对比。因为预置的 prebuilts 规则是与设备和芯片厂商紧密相关的，因此这有助于系统保持原有的稳定性和设备兼容性，并防止在修改规则时发生不可预测的错误。
​ 通过使用预置的 prebuilts 规则，开发人员可以更容易地定制和开发 Android 对特定设备和应用程序的 sepolicy 策略，从而提高系统的安全性和稳定性。
​ 对安全策略有一个大致的了解后，先看一个简单的例子，找到文件`./system/sepolicy/public/adbd.te`
```
type adbd, domain;
allow adbd shell_test_data_file:dir create_dir_perms;
```
​ 这里使用了三个类型：
- `adbd`：指定进程的类型；
- `domain`：指定域的类型；
- `shell_test_data_file`：指定目录的类型。
规则使用了`allow`关键字，表示允许某些操作。具体来说，上述规则允许`adbd`类型的进程在`shell_test_data_file`目录下创建目录，并且该目录将被赋予允许创建子目录的权限（由`create_dir_perms`定义）。
​ 这个规则的实际意义是，当`adbd`进程需要在`shell_test_data_file`目录下创建子目录时，允许该操作，并为新创建的目录设置适当的权限。注意，这个规则只对该目录有效，不能用于其他目录。
​ 通常情况下我是采用按需修改的方式调整安全策略，当添加的功能被安全策略拦住时，会打印提示。例如当我在文件`com_android_internal_os_Zygote.cpp`的`SpecializeCommon`函数中加入如下代码，访问data目录。
```cpp
std::string filepath="/data/app/demo";
ReadFileToString(filepath,&file_contents)
```
​ 然后就会被selinux给拦截并提示警告信息如下
```
avc: denied { search } for name="app" dev="dm-8" ino=100 scontext=u:r:zygote:s0 tcontext=u:object_r:apk_data_file:s0 tclass=dir permissive=0
```
​ 在SELinux中，`avc: denied`是出现最频繁的提示之一，表示SELinux权限被拒绝的操作。给出的操作名在花括号中。如果提示被拒绝的进程、文件或目录有更多的上下文信息。
​ 1、avc: denied {open} - 表示进程被禁止打开文件或设备。
​ 2、avc: denied {read} - 表示进程被禁止读取一个文件、设备或目录。
​ 3、avc: denied {write} - 表示进程被禁止写入一个文件、设备或目录。
​ 4、avc: denied {getattr} - 表示进程被禁止读取一个文件或目录的元数据（例如，所有权、组、权限等）。
​ 5、avc: denied {execute} - 表示进程被禁止执行一个文件或进程。
​ 6、avc: denied {create} - 表示进程被禁止创建一个文件。
​ 7、avc: denied {search} - 表示此进程被禁止在某目录中搜索文件的操作
​ 除了 `avc: denied`之外，还有其他一些可能出现的提示信息。以下是一些常见提示信息以及它们的含义：
​ 1、avc: granted - 表示操作被允许。
​ 2、avc: audit - 表示SELinux正在监视执行上下文之间的交互，并将相关信息记录到审计日志中。
​ 3、avc: no audit - 表示SELinux没有记录此操作的详细信息，这通常是因为没有启用SELinux的审计功能。
​ 4、avc: invalid - 表示操作请求的权限非法或无效。
​ 5、avc: timeout - 表示SELinux规则分析器超时无法确定操作是否应该允许。在这种情况下，操作通常会被拒绝。
​ 6、avc: failed - 表示SELinux规则分析器无法确定操作是否应该被允许或拒绝。
​ 在SELinux中，scontext代表系统中的安全上下文，tcontext代表对象的安全上下文。每个具有权限要求的进程和对象都有一个安全上下文。 SELinux使用这些安全上下文来进行访问控制决策。
scontext和tcontext中的“u”，“r”和“s0”是安全上下文标记的不同部分。含义如下：
​ 1、u - 代表selinux中定义的用户，tcontext中的u代表对象所属用户。
​ 2、r - 代表进程的角色（role），tcontext中的r代表对象的角色。
​ 3、s0 - 代表进程的安全策略范围（security level），tcontext中的s0代表对象的安全策略范围。s0通常表示为默认值。
​ 可以通过命令`ps -eZ`来查看进程的scontext。
```
ps -eZ
u:r:servicemanager:s0 system 672 1 10860740 3784 SyS_epoll+ 0 S servicemanager
u:r:hwservicemanager:s0 system 673 1 10880928 4648 SyS_epoll+ 0 S hwservicemanager
u:r:kernel:s0 root 674 2 0 0 worker_th+ 0 S [kworker/7:1H]
u:r:vndservicemanager:s0 system 675 1 10813436 2884 SyS_epoll+ 0 S vndservicemanager
u:r:kernel:s0 root 676 2 0 0 kthread_w+ 0 S [psimon]
```
​ 可以通过命令`ls -Z`来查看文件的scontext
```
cd /data/app
ls -Z -all
drwxrwxr-x 3 system system u:object_r:apk_data_file:s0 3488 2023-02-26 21:50:57.968696920 +0800 ~~QZ-rYHaywe6nr2ryYn3UoQ==
drwxrwxr-x 3 system system u:object_r:apk_data_file:s0 3488 2023-03-02 22:12:29.802016689 +0800 ~~W9dmzmphiDsjJm79RiBwdg==
```
​ 重新对下面的这个提示进行一次解读。`selinux`拒绝搜索一个目录，目录名称为app，所在设备为dm-8，被拒绝的进程上下文特征是`u:r:zygote:s0`，角色是zygote，目标文件上下文特征是`u:object_r:apk_data_file:s0`，用户级别为object_r，文件的所属类型是`apk_data_file`，表示应用程序的数据文件。`tclass`表示请求对象的类型，`dir`为适用于目录，`file`表示适用于文件
```
avc: denied { search } for name="app" dev="dm-8" ino=100 scontext=u:r:zygote:s0 tcontext=u:object_r:apk_data_file:s0 tclass=dir permissive=0
```
​ 解读完成后，可以开始调整安全策略了，找到文件`system/sepolicy/private/zygote.te`，然后添加策略如下
```
allow zygote apk_data_file:dir search;
```
​ 修改完成后编译时，会报错，提示diff对比文件时发现内容不一致。最后再将文件`system/sepolicy/prebuilts/api/31.0/private/zygote.te`下添加相同的策略即可成功编译。
​ neverallow`是 SELinux 策略语言中的一个规则，它用于指定某个操作永远不允许执行。neverallow规则用于设置一些强制访问控制规则，以在安全策略中明确禁止某些行为，从而提高其安全性。neverallow 规则与 allow规则在语法上非常相似，但在作用上截然不同。
​ 有时按照警告信息提示，添加了对应策略后无法编译通过提示违反了`neverallow`。这种情况可以找到对应的`neverallow`，进行修改添加一个白名单来放过添加的规则。例如下面这个例子
```
neverallow {
coredomain
-fsck
-init
-ueventd
-zygote
} device:{ blk_file file } no_rw_file_perms;
```
​ 这个规则禁止上述进程以可读可写权限读写 `device` 类型的文件，其中-zygote，这种前面带有`-`表示排除掉这种进程，如果被设置了永不允许，只要找到对应的设置处，添加上排除对应进程即可成功编译了。
## 3.12 了解Linker
​ Linker是安卓中的一个系统组件，负责加载和链接系统动态库文件。Linker的主要作用有两个。
​ 1、符号解析：在应用程序中发现对系统库中符号的引用，然后在具有相应功能的系统库中查找这些符号的实现。一旦找到实现，Linker会将引用的地址替换为实现。
​ 2、重定位：当可执行文件加载到内存中时，它们在内存中的位置与在其开发环境中链接时的位置不同。Linker负责解决这个问题，使文件中的所有跳转指令都指向正确的内存地址。
​ 在Android源代码中，Linker源码的主要目录是`bionic/linker`。该目录包含Linker的核心实现，如动态加载、符号表管理、重定位、符号解析、SO文件搜索等。其中，`linker.c`是Linker的主要入口点，该文件中包含了大量的实现细节。`linker_phdr.c`是负责加载和处理ELF格式库文件的代码，`linker_namespaces.cpp`负责管理命名空间的代码，`linker_relocs.cpp`负责处理重定位的代码，`linker_sleb128.cpp`和`linker_uleb128.cpp`负责压缩和解压缩数据的实现等。除了`bionic/linker`目录外，Linker相关的代码还分散在其他系统组件中，例如系统服务和应用程序框架。
​ 在开始了解Linker如何加载动态库so文件前，需要先对so文件有一个简单的了解。
### 3.12.1 ELF格式
​ 在Android中，so（Shared Object）动态库是一种是一种基于ELF格式（Executable and Linkable Format）的可执行文件，它包含已编译的函数和数据，可以在运行时被加载到内存中，并被多个应用程序或共享库使用。
​ 与静态库不同，动态库中的代码在可执行文件中并不存在，取而代之的是一些动态链接器（Linker）编译时不知道的外部引用符号。在运行时，Linker会根据动态库中的符号表来解析这些引用，并将动态库中的函数和数据链接到可执行程序中。
​ 进程间共享动态库可以大大减少内存使用，提高代码重用性和可维护性。例如，如果多个应用程序都需要使用同一组件库，可以将其实现作为共享库提供。这样一来，每个应用程序都可以使用同一份库，而不必将代码重复添加到每个应用程序中。
​ 在ELF文件结构中，包含以下三个部分：
​ 1、ELF Header，即ELF文件头，包含了文件的基本信息，例如文件类型、程序入口地址、节表的位置和大小等。
​ 2、Section Header，即节头部分，描述了文件中各个节的大小、类型和位置等信息。ELF文件中的每个节都包含某种类型的信息，例如代码、数据、符号表、重定位表以及其他调试信息等。
​ 3、Program Header，即段头部分，描述了可执行文件在内存中的布局。由于ELF文件的节可以以任意顺序排列，因此Linker在加载前需要使用Program Header来释放并映射虚拟内存，创建进程虚拟内存段布局。Program Header也包含了动态链接器所需的信息，例如动态库的位置、依赖关系和符号表位置等。
​ ELF文件结构的设计使得其具有较好的可扩展性和可移植性。在Android开发中，通过编译生成ELF格式的so文件，使用动态链接器将so文件链接到运行的可执行程序中，提高了代码的重用性和可维护性。
​ 使用`Android Studio`创建一个Native C++的项目，成功编译后来到output目录中，解压app-debug.apk文件，然后进入`app-debug\lib\arm64-v8a\`目录，找到so文件将其拖入`010 Editor`编辑器工具中。
​ 接着给`010 Editor`编辑器安装一个ELF格式解析的模板，在工具栏找到模板->模板存储库。接着在右上角输入ELF，最后点击安装，操作见下图。
![image-20230304135859598](.\images\image-20230304135859598.png)
​ 模板安装后，关闭文件，重新使用010 Editor打开后，将编辑方式切换为模板后，就能成功看到使用ELF格式解析so文件的结果了，如下图。
![image-20230304140328010](.\images\image-20230304140328010.png)
​ ELF 头部（elf_header）结构包含以下成员：
1. e_ident：一个长度为 16 字节的数组，用于标识文件类型和文件版本等信息。
2. e_type：表示 ELF 文件类型，如可执行文件、共享库、目标文件等等。
3. e_machine：表示 ELF 文件的目标硬件架构。
4. e_version：表示 ELF 文件的版本，其一般为 EV_CURRENT。
5. e_entry：表示该文件的程序入口点的虚拟地址。
6. e_phoff：表示程序头表（program header table）的偏移量（以字节为单位）。
7. e_shoff：表示节头表（section header table）的偏移量（以字节为单位）。
8. e_flags：表示一些标志，比如针对硬件进行微调的标志。
9. e_ehsize：表示 ELF 头部的长度（以字节为单位）。
10. e_phentsize：表示程序头表中一个入口的长度（以字节为单位）。
11. e_phnum：表示程序头表中入口的数量。
12. e_shentsize：表示节头表中一个入口的长度（以字节为单位）。
13. e_shnum：表示节头表中入口的数量。
14. e_shstrndx：表示节头表中节名称字符串表的索引。
​ ELF 头部定义了 ELF 文件的基本属性和结构，也为后续的段表和节表等信息提供了重要的指导作用。加载ELF文件的第一步就是解析ELF头部后，再根据头部信息去解析其他部分的数据。下图是010 Edtior解析展示的结果图。
![image-20230304141143199](.\images\image-20230304141143199.png)
​ program header table 是一种用于描述可执行文件和共享库的各个段（section）在进程内存中的映射关系的结构，也称为段表。每个程序头表入口表示一个段。在 Linux 系统中，它是被操作系统用于将 ELF 文件加载到进程地址空间的重要数据结构之一。
每个 program header table 具有相同的固定结构，包含如下字段：
1. p_type：指定该段的类型，如可执行代码、只读数据、可读写数据、动态链接表、注释等等。
2. p_offset：该段在 ELF 文件中的偏移量（以字节为单位）。
3. p_vaddr：该段在进程虚拟地址空间中的起始地址。
4. p_paddr：该项通常与 p_vaddr 相等。用于操作系统在将 ELF 文件的一个段映射到进程地址空间前，进行虚拟地址和物理地址的转换等操作。
5. p_filesz：该段在文件中的长度（以字节为单位）。
6. p_memsz：该段在加到进程地址空间后的长度（以字节为单位）。
7. p_flags：用于描述该段的标志，如可读、可写、可执行、不可缓存等等。
8. p_align：对于某些类型的段，该字段用于指定段在地址空间中的对齐方式。
​ 下图是编辑器中解析so看到的值
![image-20230304142500744](.\images\image-20230304142500744.png)
​ section header table（节头表）是用于描述 ELF 文件中所有节（section）的元信息列表，也称为节表。它包含了每个节在文件中的位置、大小、类型、属性等信息。section header table 通常位于文件的末尾，并且包含 fixed-length 的 section header table entries，每个 entry 对应一个 section。它是诸如链接器和动态加载器等程序所必需的基本信息之一。
每个 section header table entry，包含以下字段：
​ 1、sh_name: 表示该节的名字在 .shstrtab 节中的向偏移量。这个偏移量可以用于获取该节的名字。
​ 2、sh_type：表示该节的类型（type），如代码段、数据段、符号表等。
​ 3、sh_flags：表示该节的属性标志，如是否可读、可写、可执行等。
​ 4、sh_addr：表示节的内存地址（virtual address），当这个地址为零时，表示这个节没有被加载到内存中。
​ 5、sh_offset：表示该节在 ELF 文件中的偏移量（offset）。
​ 6、sh_size：表示该节的长度（size）属性。
​ 7、sh_link：在节头表中，表示该节的连接节（linking section），可以帮助定位一些节，如符号表。
​ 8、sh_info：与 sh_link 一起使用，具体含义与 sh_link 的值有关。
​ 9、sh_addralign：表示该节的对齐方式（alignment）。
​ 10、sh_entsize：表示该节的 entry 的大小（entry size），通常只有表格节会有 entry。
​ 通过这些信息，section header table 可以为执行链接和动态加载提供必要的元数据信息。样例数据看下图
![image-20230304143100841](.\images\image-20230304143100841.png)
​ ELF文件中有各种节点用于存放对应的数据信息，几个常见的节点存放数据的描述如下。
​ 1、`.dynsym` 节：该节包含动态链接符号表（dynamic symbol table），用于描述 .so 文件所包含的动态链接库中的符号。符号是程序中一些命名实体的名称，例如函数、变量、常量等等，描述了这些实体在程序中的地址和大小等信息。`.dynsym` 节可以协助动态加载器（Dynamic Linker）在程序运行时逐个查找符号。
​ 2、`.dynstr` 节：该节包含字符串表，用于存放符号表中的字符串，包括函数名、变量名、库名等等。
​ 3、`.rela.dyn` 节：该节包含重定位入口表，是 LD（动态链接器）用于执行重定位操作的数据之一。`.rel.dyn` 节中每个入口包含需要进行重定位的位置及其要执行的重定位类型等信息。
​ 4、`.rela.plt` 节：该节也是重定位入口表，但是它只包含用于实现远程函数调用 JUMP SLOT 的入口并跳转过去时需要使用的数据。这些数据是符号的信息，包括符号表中该引用的符号的编号以及重定位类型等等。动态链接器在对 `.rel.plt` 节进行重定位时，会在 GDB stub 中实现远程调用。
​ 5、`.plt` 节：保存了远程函数调用实现的跳转代码。
​ 6、`.rodata` 节：包含程序中只读数据的代码段，如字符串常量、全局常量等等。
​ 7、`.text` 节：程序的主要代码存放在该节中。该节包含可执行代码的机器语言指令，例如函数代码、条件语句、循环语句等等。
​ 8、`.bss` 节点（Block Started by Symbol）存储未初始化的全局变量和静态变量，其大小在编译时无法确定。因此，.bss 节点在 ELF 文件中只占据一些空间，该空间称为 bss 段。而在运行时，操作系统会分配实际的内存空间给这些变量。.bss 节点的大小在 ELF 文件头的 e_shsize 字段中给出。
​ 9、`.shstrtab` 节点（Section Header STRing TABle）存储节名称字符串，即每个节的名称和节头表中的节名称偏移量。它包含了 ELF 文件中每个节的字符串名称，方便读取程序在加载时快速访问。在运行时，操作系统负责维护这张表. 在 Android 中，.shstrtab 节点是一个特殊的节，它位于节头表的末尾，可以通过 ELF 文件头的 e_shstrndx 字段找到。
![image-20230304143003972](.\images\image-20230304143003972.png)
​ 动态符号表（Dyanmic Symbol Table）用于动态链接，其中记录了与共享库中的符号相关的信息，包括符号的名称、符号的值、符号的类型等。当一个程序在运行时需要链接共享库时，动态链接器会使用该表将程序中的符号解析为共享库中的符号。
​ 通常情况下，每个共享库都拥有一个关联的动态符号表，因此在 ELF 二进制文件中也会有多个动态符号表存在。这些动态符号表可以通过 .dynsym 节节点进行访问。在动态符号表中，每个符号具有一个唯一的名称和一个类型（如函数、变量等），以及一个对应的符号表地址（符号的值）。为了提高链接速度，动态符号表中的符号通常存储为哈希表的形式。这样，在进行符号查找的时候，可以更快速和高效地找到符号。
​ 下图是编辑器解析ELF结构看到样本so中的`stringFromJni`的符号信息。
![image-20230304145047084](.\images\image-20230304145047084.png)
​ 上图中年可以看到，每个符号在动态符号表中对应一个 symbol entry。
在 dynamic_symbol_table 中，每个 symbol entry 包含以下信息:
- `st_name`：符号的名称在字符串表节中的偏移量。通过这个偏移量，可以获得符号的名称。
- `st_value`：符号的值，表示符号的地址或偏移量，其含义取决于符号类型。
- `st_size`：符号的大小，即占用的字节数。
- `st_info`：符号的相关信息，包括符号的类型（在最高位），以及局部或全局符号等其他信息（低位）。
- `st_other`：符号的其他信息，通常为 0。
- `st_shndx`: 指向存放符号的Section Header的索引。可以通过该索引找到存储符号的节
​ 其中，`st_info` 字段包括符号的类型和其他属性信息。类型的值可以是以下之一：
- `STT_NOTYPE`：未知类型。
- `STT_OBJECT`: 对象符号，表示一个数据对象。
- `STT_FUNC`: 函数符号，表示相关联的符号是一个函数或可执行指令。
- `STT_SECTION`：表示该符号是一个节。
- `STT_FILE`：表示该符号是源文件名的符号。
​ 其他属性信息的值为以下之一：
- `STB_LOCAL`：局部符号，只在共享库内部可用。
- `STB_GLOBAL`：全局符号，可以在其他共享库和可执行文件中使用。
- `STB_WEAK`：弱符号，在多个地方定义时，优先级较低。
​ 在动态链接时，动态链接器会根据 ELF 文件中的 dynamic_symbol_table 来确定链接的目标信息，包括符号的名字、位置等。其中 symbol entry 也就是动态链接器解析符号的基本单元。
### 3.12.2 动态加载流程
​ Linker动态加载是把代码（函数、变量、数据结构等）从动态链接库（so文件）中加载到内存中，并建立起代码之间的相互引用关系的过程。在Android等操作系统中，Linker动态加载主要用于模块化开发，将程序分为多个独立的模块，以便于代码的管理和维护。下面是Linker动态加载的主要步骤：
1. 根据系统的运行时需求，将需要的库文件加载进内存中，实现代码重用和共享。此时，Linker会执行一些特定的逻辑，如依赖优化、so文件版本检查等。
2. 在进行动态链接的过程中，Linker会为每个库和每个函数生成全局唯一的标识符，以确定代码所在的地址。这个标识符会在编译过程中嵌入到库文件的头部，并且保存到动态链接库的符号表中。
3. 解析符号表。Linker会读取库文件的符号表，并把符号名和符号地址配对起来，以便于在程序运行期间在内存中动态地连接他们。
4. 检查符号表中的函数的其他库依赖项。如果当前库依赖于其他库，Linker就会递归地对这些依赖库进行加载、解析和链接。
5. 调整符号地址。Linker会修改符号表中的函数地址，将函数重定向到动态库中正确的位置，以确保函数调用能够正确地传递和接收数据。
6. 执行初始化和清理代码。在所有库和函数都被解析、链接和装载之后，Linker会执行全局构造函数来初始化代码，以及执行全局析构函数来清理代码。
7. Linker动态加载过程中还会涉及到如动态追加、卸载等操作。
​ 以上是Linker动态加载的主要步骤及涉及到的主要逻辑。Linker动态加载是Android操作系统的底层技术之一，对于Android应用开发具有重要作用。接着从源码层面跟踪动态加载的具体过程。打开前面创建的样例app。
```java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
// Used to load the 'linkertest' library on application startup.
static {
System.loadLibrary("linkertest");
}
...
public native String stringFromJNI();
}
```
​ 在应用层直接通过调用loadLibrary就可以完成一系列的加载动态库的操作了，看看内部是如何实现的。这里发现是System下的loadLibrary函数，前文有介绍过libcore中存放着openjdk的核心库的实现，而java.lang.System就是其中，找到文件`libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/System.java`查看函数实现如下。
```java
public static void loadLibrary(String libname) {
Runtime.getRuntime().loadLibrary0(Reflection.getCallerClass(), libname);
}
```
​ 继续在ojluni的目录中搜索loadLibrary0的函数实现
```java
void loadLibrary0(Class<?> fromClass, String libname) {
ClassLoader classLoader = ClassLoader.getClassLoader(fromClass);
loadLibrary0(classLoader, fromClass, libname);
}
private synchronized void loadLibrary0(ClassLoader loader, Class<?> callerClass, String libname) {
...
String libraryName = libname;
// 如果classloader不是BootClassLoader
if (loader != null && !(loader instanceof BootClassLoader)) {
String filename = loader.findLibrary(libraryName);
if (filename == null &&
(loader.getClass() == PathClassLoader.class ||
loader.getClass() == DelegateLastClassLoader.class)) {
filename = System.mapLibraryName(libraryName);
}
...
String error = nativeLoad(filename, loader);
if (error != null) {
throw new UnsatisfiedLinkError(error);
}
return;
}
getLibPaths();
String filename = System.mapLibraryName(libraryName);
String error = nativeLoad(filename, loader, callerClass);
if (error != null) {
throw new UnsatisfiedLinkError(error);
}
}
// 看到不管是哪个Classloader都是调用的nativeLoad，只是重载不一样。但是两个参数的实际也是调用了三个参数重载的实现。
private static String nativeLoad(String filename, ClassLoader loader) {
return nativeLoad(filename, loader, null);
}
// 三个参数重载的是一个native函数
private static native String nativeLoad(String filename, ClassLoader loader, Class<?> caller);
```
​ 搜索nativeLoad的相关实现如下
```c++
// 调用了JVM_NativeLoad
JNIEXPORT jstring JNICALL
Runtime_nativeLoad(JNIEnv* env, jclass ignored, jstring javaFilename,
jobject javaLoader, jclass caller)
{
return JVM_NativeLoad(env, javaFilename, javaLoader, caller);
}
```
​ JVM_NativeLoad的代码在art目录中，继续查看相关实现
```cpp
JNIEXPORT jstring JVM_NativeLoad(JNIEnv* env,
jstring javaFilename,
jobject javaLoader,
jclass caller) {
ScopedUtfChars filename(env, javaFilename);
if (filename.c_str() == nullptr) {
return nullptr;
}
std::string error_msg;
{
art::JavaVMExt* vm = art::Runtime::Current()->GetJavaVM();
bool success = vm->LoadNativeLibrary(env,
filename.c_str(),
javaLoader,
caller,
&error_msg);
if (success) {
return nullptr;
}
}
...
}
// 继续找到相关实现
bool JavaVMExt::LoadNativeLibrary(JNIEnv* env,
const std::string& path,
jobject class_loader,
jclass caller_class,
std::string* error_msg) {
error_msg->clear();
SharedLibrary* library;
Thread* self = Thread::Current();
{
MutexLock mu(self, *Locks::jni_libraries_lock_);
library = libraries_->Get(path);
}
...
// 已经加载过的，存在则返回true了。
if (library != nullptr) {
...
return true;
}
ScopedLocalRef<jstring> library_path(env, GetLibrarySearchPath(env, class_loader));
Locks::mutator_lock_->AssertNotHeld(self);
const char* path_str = path.empty() ? nullptr : path.c_str();
bool needs_native_bridge = false;
char* nativeloader_error_msg = nullptr;
// 加载动态链接库
void* handle = android::OpenNativeLibrary(
env,
runtime_->GetTargetSdkVersion(),
path_str,
class_loader,
(caller_location.empty() ? nullptr : caller_location.c_str()),
library_path.get(),
&needs_native_bridge,
&nativeloader_error_msg);
VLOG(jni) << "[Call to dlopen(\"" << path << "\", RTLD_NOW) returned " << handle << "]";
...
bool created_library = false;
{
std::unique_ptr<SharedLibrary> new_library(
new SharedLibrary(env,
self,
path,
handle,
needs_native_bridge,
class_loader,
class_loader_allocator));
MutexLock mu(self, *Locks::jni_libraries_lock_);
library = libraries_->Get(path);
// 将刚刚加载好的链接库保存起来
if (library == nullptr) { // We won race to get libraries_lock.
library = new_library.release();
libraries_->Put(path, library);
created_library = true;
}
}
...
bool was_successful = false;
// 查找符号JNI_OnLoad
void* sym = library->FindSymbol("JNI_OnLoad", nullptr);
if (sym == nullptr) {
...
} else {
ScopedLocalRef<jobject> old_class_loader(env, env->NewLocalRef(self->GetClassLoaderOverride()));
self->SetClassLoaderOverride(class_loader);
VLOG(jni) << "[Calling JNI_OnLoad in \"" << path << "\"]";
using JNI_OnLoadFn = int(*)(JavaVM*, void*);
JNI_OnLoadFn jni_on_load = reinterpret_cast<JNI_OnLoadFn>(sym);
// 调用JNI_OnLoad
int version = (*jni_on_load)(this, nullptr);
...
}
library->SetResult(was_successful);
return was_successful;
}
```
​ 在这个函数中，看到使用`OpenNativeLibrary`来加载一个动态库，然后将加载动态库的信息包装成SharedLibrary对象，存入`libraries_`中，下次再加载时，会在`libraries_`查看是否存在，存在则直接返回。接着又通过函数FindSymbol查找JNI_OnLoad的符号地址，然后进行调用。继续跟踪加载动态库的具体实现，然后再回头看查找符号的实现。
```cpp
void* OpenNativeLibrary(JNIEnv* env, int32_t target_sdk_version, const char* path,
jobject class_loader, const char* caller_location, jstring library_path,
bool* needs_native_bridge, char** error_msg) {
#if defined(ART_TARGET_ANDROID)
UNUSED(target_sdk_version);
if (class_loader == nullptr) {
...
void* handle = android_dlopen_ext(path, RTLD_NOW, &dlextinfo);
if (handle == nullptr) {
*error_msg = strdup(dlerror());
}
return handle;
...
{
Result<void*> handle = TryLoadNativeloaderExtraLib(path);
if (!handle.ok()) {
*error_msg = strdup(handle.error().message().c_str());
return nullptr;
}
if (handle.value() != nullptr) {
return handle.value();
}
}
...
void* handle = OpenSystemLibrary(path, RTLD_NOW);
if (handle == nullptr) {
*error_msg = strdup(dlerror());
}
return handle;
}
...
#else
for (const std::string& lib_path : library_paths) {
...
void* handle = dlopen(path_arg, RTLD_NOW);
if (handle != nullptr) {
return handle;
}
if (NativeBridgeIsSupported(path_arg)) {
*needs_native_bridge = true;
handle = NativeBridgeLoadLibrary(path_arg, RTLD_NOW);
if (handle != nullptr) {
return handle;
}
*error_msg = strdup(NativeBridgeGetError());
} else {
*error_msg = strdup(dlerror());
}
}
return nullptr;
#endif
}
```
​ 在这里函数看到，使用多种方式尝试进行动态加载，分别是android_dlopen_ext、TryLoadNativeloaderExtraLib、OpenSystemLibrary。它们都是在 Android 平台上用来加载动态库的方法，但是它们各自的使用场景略有不同：
1. android_dlopen_ext：是一个供开发者使用的公开函数，在 Android 应用程序中可以使用它来动态加载本地库。它支持指定库的绝对路径和不同的标志（如 RTLD_NOW、RTLD_LAZY 等），并返回一个指向已加载库的指针，供后续调用函数的时候使用。
2. TryLoadNativeloaderExtraLib：是 Android 系统中的内部方法，用于加载额外的本地库。它被用于支持动态加载共享库的应用程序，例如使用反射实现的动态库加载方式。系统在应用程序启动时调用它，用于加载应用程序所需的额外本地库。使用该方法可以加载特定的本地库，并支持跨架构的执行。
3. OpenSystemLibrary：也是 Android 系统中的内部方法，用于加载 Android 系统的本地库。它不需要指定库的路径，而是使用系统库路径中的路径名来加载相应的库文件。该方法主要用于加载 Android 操作系统核心中的一些固定的系统库，例如 libz.so、liblog.so 等。
​ 总的来说，这三个方法都是用于加载动态库的方法，不同的是它们的使用场景略有不同：android_dlopen_ext 适合一般需要动态加载本地库的应用程序；TryLoadNativeloaderExtraLib 适用于需要在 Android 平台上进行动态库加载的应用程序；OpenSystemLibrary 则主要用于加载 Android 操作系统核心中的一些固定的系统库。
​ 选一条路线分析即可，这里继续从`android_dlopen_ext`深入分析，该函数的相关代码在libdl.cpp中实现。
```cpp
void* android_dlopen_ext(const char* filename, int flag, const android_dlextinfo* extinfo) {
const void* caller_addr = __builtin_return_address(0);
return __loader_android_dlopen_ext(filename, flag, extinfo, caller_addr);
}
```
​ 继续跟踪文件dlfcn.cpp中的实现
```cpp
void* __loader_android_dlopen_ext(const char* filename,
int flags,
const android_dlextinfo* extinfo,
const void* caller_addr) {
return dlopen_ext(filename, flags, extinfo, caller_addr);
}
static void* dlopen_ext(const char* filename,
int flags,
const android_dlextinfo* extinfo,
const void* caller_addr) {
ScopedPthreadMutexLocker locker(&g_dl_mutex);
g_linker_logger.ResetState();
void* result = do_dlopen(filename, flags, extinfo, caller_addr);
if (result == nullptr) {
__bionic_format_dlerror("dlopen failed", linker_get_error_buffer());
return nullptr;
}
return result;
}
```
​ 到这里do_dlopen则执行到了Linker部分的实现了，找到linker.cpp文件查看
```cpp
void* do_dlopen(const char* name, int flags,
const android_dlextinfo* extinfo,
const void* caller_addr) {
...
soinfo* si = find_library(ns, translated_name, flags, extinfo, caller);
loading_trace.End();
if (si != nullptr) {
void* handle = si->to_handle();
LD_LOG(kLogDlopen,
"... dlopen calling constructors: realpath=\"%s\", soname=\"%s\", handle=%p",
si->get_realpath(), si->get_soname(), handle);
si->call_constructors();
failure_guard.Disable();
LD_LOG(kLogDlopen,
"... dlopen successful: realpath=\"%s\", soname=\"%s\", handle=%p",
si->get_realpath(), si->get_soname(), handle);
return handle;
}
return nullptr;
}
```
​ 这里看到通过`find_library`进行查找的，找到后又调用了`call_constructors`函数。先看看`call_constructors`函数的处理。
```cpp
void soinfo::call_constructors() {
if (constructors_called || g_is_ldd) {
return;
}
...
call_function("DT_INIT", init_func_, get_realpath());
call_array("DT_INIT_ARRAY", init_array_, init_array_count_, false, get_realpath());
...
}
```
​ 根据上面代码发现这里就是`.init`和`.initarray`执行的地方，继续看加载的流程。
```cpp
static soinfo* find_library(android_namespace_t* ns,
const char* name, int rtld_flags,
const android_dlextinfo* extinfo,
soinfo* needed_by) {
soinfo* si = nullptr;
if (name == nullptr) {
si = solist_get_somain();
} else if (!find_libraries(ns,
needed_by,
&name,
1,
&si,
nullptr,
0,
rtld_flags,
extinfo,
false /* add_as_children */)) {
if (si != nullptr) {
soinfo_unload(si);
}
return nullptr;
}
si->increment_ref_count();
return si;
}
// 继续向下跟踪
bool find_libraries(...) {
...
ZipArchiveCache zip_archive_cache;
soinfo_list_t new_global_group_members;
for (size_t i = 0; i<load_tasks.size(); ++i) {
。。。
if (!find_library_internal(const_cast<android_namespace_t*>(task->get_start_from()),
task,
&zip_archive_cache,
&load_tasks,
rtld_flags)) {
return false;
}
soinfo* si = task->get_soinfo();
}
...
return true;
}
//追踪find_library_internal
static bool find_library_internal(android_namespace_t* ns,
LoadTask* task,
ZipArchiveCache* zip_archive_cache,
LoadTaskList* load_tasks,
int rtld_flags) {
soinfo* candidate;
...
if (load_library(ns, task, zip_archive_cache, load_tasks, rtld_flags,
true /* search_linked_namespaces */)) {
return true;
}
...
return false;
}
static bool load_library(android_namespace_t* ns,
LoadTask* task,
ZipArchiveCache* zip_archive_cache,
LoadTaskList* load_tasks,
int rtld_flags,
bool search_linked_namespaces) {
const char* name = task->get_name();
soinfo* needed_by = task->get_needed_by();
...
LD_LOG(kLogDlopen,
"load_library(ns=%s, task=%s, flags=0x%x, search_linked_namespaces=%d): calling "
"open_library",
ns->get_name(), name, rtld_flags, search_linked_namespaces);
// Open the file.
off64_t file_offset;
std::string realpath;
int fd = open_library(ns, zip_archive_cache, name, needed_by, &file_offset, &realpath);
...
return load_library(ns, task, load_tasks, rtld_flags, realpath, search_linked_namespaces);
}
// open_library打开动态库文件将指定的共享库文件加载到当前进程的地址空间中，创建一个新的动态链接对象，并返回其的句柄。
static int open_library(android_namespace_t* ns,
ZipArchiveCache* zip_archive_cache,
const char* name, soinfo *needed_by,
off64_t* file_offset, std::string* realpath) {
TRACE("[ opening %s from namespace %s ]", name, ns->get_name());
// If the name contains a slash, we should attempt to open it directly and not search the paths.
if (strchr(name, '/') != nullptr) {
return open_library_at_path(zip_archive_cache, name, file_offset, realpath);
}
...
return fd;
}
// load_library加载解析ELF格式并将其链接到进程的地址空间中，将动态链接对象中的符号解析为当前进程中的符号，从而创建动态链接的关系。
static bool load_library(android_namespace_t* ns,
LoadTask* task,
LoadTaskList* load_tasks,
int rtld_flags,
const std::string& realpath,
bool search_linked_namespaces) {
...
soinfo* si = soinfo_alloc(ns, realpath.c_str(), &file_stat, file_offset, rtld_flags);
task->set_soinfo(si);
// 读取elf header
if (!task->read(realpath.c_str(), file_stat.st_size)) {
task->remove_cached_elf_reader();
task->set_soinfo(nullptr);
soinfo_free(si);
return false;
}
...
return true;
}
// 最后看看read函数，这个函数负责从elf文件格式的数据中读取内容
bool read(const char* realpath, off64_t file_size) {
ElfReader& elf_reader = get_elf_reader();
return elf_reader.Read(realpath, fd_, file_offset_, file_size);
}
```
​ ElfReader是Android源文件中的工具，位于系统核心库libcore中，代码主要由 C++ 编写。它可以读取ELF文件的所有信息，并将其解析为指定格式，以便于在Android系统中使用。
ElfReader具备以下特点：
- 能够读取ELF文件的头信息，包括ELF版本、目标体系结构、程序入口地址、节表偏移量等。
- 能够读取ELF文件的节表信息，包括节表名称、大小、偏移量、属性等。
- 通过节表信息可以获取符号表、重定位表、动态链接表等关键信息，如函数、变量、链接库、导出函数等。
- 支持通过指定节表名称获取某个节表的信息，如根据".rodata"获取只读数据节表的信息等。
在Android开发过程中，ElfReader被广泛地使用于Android应用开发、安全检测以及对Android系统的二次开发中。它能够方便地读取ELF文件相关信息，为后续的开发工作提供了便捷的数据支持。
​ 也可以直接使用`linker`提供的一些函数来操作动态库，相关函数如下。
​ 1. dlopen()：打开一个动态链接库并返回句柄。
​ 2. dlsym()：查找动态链接库中符号的地址。
​ 3. dlclose()：关闭先前打开的动态链接库。
​ 4. dlerror()：返回最近的动态链接库错误。
​ 5. dladdr()：根据一个内存地址，返回映射到该地址的函数或变量的信息。
​ 6. dl_iterate_phdr()：遍历进程的动态链接库模块，可以获取模块地址、同名模块列表等信息。
## 小结
TODO
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