android平台下实现一个进程管理器 android 进程管理app

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karen 2023-07-16 22:05:37

文章标签 android平台下实现一个进程管理器 android 管理 apk 内存 文章分类 Android 移动开发

声明：
一个apk进程包括两种资源，一种是进程本身运行实体，另一种就是系统管理进程的进程记录表（ProcessRecord），进程的启动和回收就是申请和释放以上两种资源，对第一种资源的申请过程我们定义为launch进程，对第二种资源的申请过程我们定义为new进程记录表，进程记录表（ProcessRecord）是系统对apk进程的详细描述记录，基于复用原则，进程记录表的生命周期是大于等于进程实体的生命周期的，理解这一点很重要。

apk进程的启动

android定义了两种apk进程，一种是常驻内存的（从开机到关机是一直存在的），另一种是当有组件需要在这个进程中运行的时候，才拉起这个进程；基于内存的考虑，大部分都是第二种的，第一种常驻内存的都是一些非常重要的系统apk进程；对于第一种进程我们定义为persistent进程, 第二种我们定义为general进程。
对这两种进程的启动，AMS定义了两组方法：

1.第一个方法直接调用第二个方法，将第二个方法的后四个参数设置为null，前面的参数一模一样，所以我们只关注第二个方法（isolated进程后续单独讲解），这两个方法我们定义为启动进程

ProcessRecord startProcessLocked(String processName,
ApplicationInfo info, boolean knownToBeDead, int intentFlags,
String hostingType, ComponentName hostingName, boolean allowWhileBooting,
boolean isolated, boolean keepIfLarge)
ProcessRecord startProcessLocked(String processName, ApplicationInfo info,
boolean knownToBeDead, int intentFlags, String hostingType, ComponentName hostingName,
boolean allowWhileBooting, boolean isolated, int isolatedUid, boolean keepIfLarge,
String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs, Runnable crashHandler)

参数列表：
1.processName：进程名字
2.info：AndroidManifest.xml中定义的Application的信息
3.knownToBeDead：activity、service、广播触发的流程这个值为true
4.intentFlags：启动进程的过程是由启动组件触发的，这个intent 标志就是启动组件的标志（再加上一些自己的标志）
5.hostingType：启动进程的过程是由启动组件触发的，这个就是由指哪一个类型组件触发的, 启动activity，这个值就是“activity”, 启动service这个值就是“service”,启动contentprovider这个值就是”content provider”，启动广播接收器这个值就是”broadcast”，启动backup这个值就是”backup”
6.hostingName：启动进程的过程是由启动组件触发的，这个值就是指启动组件的信息
7.allowWhileBooting：允许在系统正在启动（booting）的时候启动这个进程,否则的话挂起这个进程，系统启动完成时在触发启动进程，五大组件（四大组件和backup组件）触发的进程启动中，只有带FLAG_RECEIVER_BOOT_UPGRADE的广播触发的才允许在系统启动的时候启动进程，其他的不可以，都是暂时挂起
8.isolated：isolated进程
9.isolatedUid：isolated进程 uid
10.keepIfLarge：足够大就保持，什么足够大？当然是重要性，五大组件最重要的是什么？Activity，因为Activity是用户可见的，保持什么？保持在内存，所以这变量和内存策略有关，这个值只有由启动Activity的流程触发的时候为true
11.abiOverride：ABI覆盖值，启动普通进程这个值为null，isolated进程外部指定
12.entryPoint：java入口，启动普通进程这个值为null（内部流程直接指定为ActivityThread），isolated进程外部指定
13.entryPointArgs：java入口参数列表，启动普通进程这个值为null，isolated进程外部指定
14.crashHandler：启动普通进程这个值为null，isolated进程外部指定

2.这个方法我们定义为添加程序

ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info, boolean isolated,
String abiOverride)

启动进程（startProcessLocked）和添加程序（addAppLocked）这两个方法有什么区别呢？
启动进程（startProcessLocked）是new进程记录表和launch进程这两个过程都需要运行，说明进程马上就可以使用，apk进程可以马上运行组件了，所以启动进程（startProcessLocked）是四大组件（加上backup,应该是五大组件）启动流程触发执行的，触发的方法如下，基于以上特性，这个方法只作用于general进程：

1.activity组件：ActivityStackSupervisor::startSpecificActivityLocked()
2.service组件：ActiveServices::bringUpServiceLocked()
3.ContentProvider组件：ActivityManagerService::getContentProviderImpl()
4.广播接收器组件：BroadcastQueue::processNextBroadcast()
5.backup组件：ActivityManagerService::bindBackupAgent()

添加程序（addAppLocked）是new进程记录表这个过程需要执行，但是launch进程这个过程不一定执行，也就是说apk进程还不一定可以使用，分两种情况：

1.general进程：
这种进程在需要运行组件的时候，进程实体才需要存在，所以添加程序（addAppLocked）不会调用launch进程这个过程
2.persistent进程：
这种进程无论是不是空，进程实体都是存在，所以添加程序（addAppLocked）会调用launch进程这个过程

启动进程（startProcessLocked）执行流：

1.查询进程记录表
如果进程记录表的pid>0，证明进程记录表有效，检查是否进程已经在启动，如果已经在启动的话，添加package信息，直接返回，否则的话，调用handleAppDiedLocked（）复位进程记录表
2.如果进程记录表不存在，调用newProcessRecordLocked（）创建进程记录表，如果存在，直接添加package的信息
3.如果不允许启动，添加到进程挂起容器（mProcessesOnHold），直接返回
4.launch进程
5.返回进程记录表，启动进程第一个执行流到此结束

添加程序（addAppLocked）执行流：

1.查询进程记录表，如果不存在的话，调用newProcessRecordLocked（）创建进程记录表
2.如果是persistent进程并且没有launch进程，开始launch进程；如果是general进程,直接返回进程记录表

使用哪个方法来执行进程的启动，有一个基本原则：那就是进程是不是需要立马运行组件，本小节所有的讨论一律不考虑isolated,以后单独讲解

launch进程框图

launch进程涉及到三个执行流（算上组件的启动，应该是四个独立的执行流）

1.第一个执行流: 在system_server进程中，发送孵化apk进程的请求给zygote（触发第二个执行流），然后等待zygote进程的结果，以返回pid结束当前执行流
2.第二个执行流：zygote接收请求孵化apk进程，apk进程调用ActivityThread::main()方法，在这个主方法中将自己attach到ActivityManagerService中，AMS执行连接应用的操作，在连接应用的操作中发送两个异步消息给apk进程：

绑定应用的异步消息给apk进程（触发第三个执行流）
检查需要启动的组件，发送启动组件的异步消息给apk进程（触发第四个执行流）

最后attach调用返回，主线程调用looper.loop()开始处理异步消息，如果没有消息，主线程（UI线程）睡眠等待。

3.第三个执行流：UI 线程处理绑定应用的消息
4.第四个执行流：UI 线程处理拉起组件的消息

下面先上一个草图养养眼：

android平台下实现一个进程管理器 android 进程管理app_android

很重要的一句话：当第一个执行流执行完，第二个执行流正在执行的时候，第一个执行流有可能再次被触发执行，有人可能会觉得，AMS执行startProcess()和attachApplication()都是加锁执行的，以上情况不会出现，那么如果第二个执行流执行attach()方法的时候，还没有执行到mgr.attachApplication(mAppThread)方法呢？由于内核的进程调度，这种情况是有可能发生的

apk进程启动执行流详细过程

第一个执行流：

launch进程（声明中提到的对第一种资源的申请）是由如下方法实现的：

void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType,
String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs)

参数说明：
1. app：进程记录表
2. hostingType：触发类型，除了上面提到的五大组件的触发类型外，还增加了如下类型：”link fail”、”bind fail”、”on-hold”、”restart”、”added application”；
3. hostingNameStr：五大组件启动触发的为组件信息; “link fail”、”bind fail”、”restart”、”added application”是process name; “on-hold” 为null
4. abiOverride ：abi覆盖
5. entryPoint ：java入口
6. entryPointArgs ：java入口参数列表

下面我们重点说明一下hostingType增加的类型（1.2.3.4小知识点中提到的方法全是属于ActivityManagerService）：

1.其中前两个是下面将要讲解的第二个执行流触发的，第二个执行流中标示为3的步骤如果出现异常的话，会以”link fail”类型重启进程记录表，标示为6的步骤如果出现异常的话，会以”bind fail”类型重启进程记录表，这个比较好理解，因为系统是尽量满足创建apk的请求的；
2.”on-hold”类型是启动挂起的进程记录表，这个进程记录表在系统启动的时候直接挂起，系统启动完成再触发启动，所以触发的方法就是finishBooting();
3.”restart”类型是进程重启，也就是说系统回收完进程资源再马上重新启动这个进程记录表，所以触发的方法就是cleanUpApplicationRecordLocked（）；
4.”added application”这个类型是由addAppLocked（）触发的，启动persistent进程的一部分执行流。

参数介绍完毕，下面介绍具体的流程：

1.首先检查pid map，如果存在的话，需要清除
2.从挂起容器中清除
3.调用updateCpuStats（）更新cpu状态
4.启动package
5.计算uid gid debug标志等等需要传给zygote进程的数据
6.设置默认的java入口（”android.app.ActivityThread”）
7.调用Process.start（）发送数据给zygote进程，请求zygote帮忙创建apk进程
8.挂起在socket文件，等待zygote进程发送回pid，
9.添加进程记录表到pid map

第二个执行流

第二个执行流是apk进程开始执行的，主线程调用ActivityThread::attach()方法，这个方法最重要的作用就是将ApplicationThread的客户端（起个名字就叫进程记录表的连接器）链接到AMS（客户端怎么在binder上传输的，属于binder传输的知识，建议大家先了解binder数据的传输机制），调用的方法是AMS的attachApplication（），所以这个执行流只要分析这个方法

参数列表
这个方法只有一个参数，IApplicationThread：ApplicationThread的客户端

执行流程如下：

1.检查pid map（apk进程pid是binder直接传到AMS的），如果map中不存在，直接kill掉，返回false，因为如果map中不存在，证明这个进程不是AMS启动的，AMS不会为这种进程提供服务
2.如果进程记录表的连接器存在的话，说明这个进程记录表有一个连接进程，这个时候需要调用handleAppDiedLocked（）回收这个进程，然后进程记录表才可以使用
3.注册一个死亡讣告，如果apk进程异常挂掉的话，AMS会收到消息，回收系统资源
4.初始化进程记录表数据
5.查询进程所有需要安装的ContentProvider，不是package,是所有将要在这个进程中运行的package
6.发送bindApplication消息给apk进程（触发第三个执行流，这个时候第三个执行流还没有执行，因为当前执行流还在占用主线程，现在apk进程只是将这个消息插入消息队列）
7.检查五大组件是否有需要执行的，如果有的话，发送拉起消息给apk进程（触发第四个执行流，这个时候第三个执行流还没有执行，因为当前执行流还在占用主线程，现在apk进程只是将这个消息插入消息队列）
8.返回true,第二个执行流结束

第三个执行流

当第二个执行流结束时，主线程会开始循环处理消息队列中的消息，如果没有消息的话，就睡眠等待，目前来看，当第二个执行流结束时，至少有两个消息，第一个是触发第三个执行流的bindApplication消息，第二个是触发拉起组件的消息
下面先来分析bindApplication的消息，这个消息的处理方法是ActivityThread::handleBindApplication()

参数介绍
这个方法的参数是AppBindData对象，这个对象是对AMS发送过来的数据的简单打包，我们简单看一下AMS都发送了哪些数据给UI 线程
AppBindData data = new AppBindData();
data.processName = processName;
data.appInfo = appInfo;
data.providers = providers;//这个比较重要，这个是需要安装的所有contentprovider
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;
sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data);