Android 进程间通信机制(三) 系统进程与应用进程通信

向右看齐 2024-03-25 20:25 111阅读 0赞

## 一. 概述 ##

Android中有一个重要的系统进程(system\_server)，运行着系统中非常重要服务(AMS, PMS, WMS等)， 针对Activity而言，系统进程需要不断地调度Activity执行，管理Activity的状态; 每一个APK都需要运行在一个应用进程中，有自己独立的内存空间， 针对Activity而言，应用进程需要执行Activity生命周期函数(onCreate, onStart, …onDestroy)的具体逻辑。

应用进程需要频繁与系统进程通信，譬如Activity生命周期的各个方法都是需要经过系统进程调度的，只是在应用进程进行回调，这就需要从系统到应用的跨进程调用; 应用进程有需要将当前Activity的状态告诉系统进程，以便系统将Activity驱动到下一个状态，这就需要从应用到系统的跨进程调用。

应用进程与系统进程相互通信的手段，就是利用前面文章介绍的Binder机制, 本文要分析的不是Binder机制的内在原理，而是应用进程与系统进程建立在Binder之上通信的业务逻辑，Android为此设计了两个Binder接口:

**IApplicationThread:** 作为系统进程请求应用进程的接口  
**IActivityManager:** 作为应用进程请求系统进程的接口。

本文内容基于Android10的源码分析总结.

示例图:

![a7d6c0bc207f490c924d337f8ec4ff3b.png][]

**左侧为系统进程**  **右侧为应用进程**

## 二 . AMS是什么? ##

比如在你的应用中(进程A)中启动一个Activity界面,肯定会调用startActivity这个方法, 然后跨进程和AMS通信, 接着AMS会管理这个Activity的生命周期方法, 先来说一说AMS是什么的?

1. 从java角度来看，AMS就是一个java对象

它实现了Ibinder接口，所以它是一个用于进程间通信的接口，这个对象初始化是在systemServer.java 的run()方法里面.

public Lifecycle(Context context) { 
        super(context); 
        mService = new ActivityManagerService(context); 
    }

public class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stub
            implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {

2. AMS是一个服务  
ActivityManagerService从名字就可以看出，它是一个服务，用来管理Activity，而且是一个系统服务，就是包管理服务，电池管理服务，震动管理服务等。

3. AMS是一个Binder

**AMS实现了Ibinder接口，所以它是一个Binder，这意味着他不但可以用于进程间通信，还是一个线程，因为一个Binder就是一个线程。**

如果我们运行一个Hello world的安卓应用程序, 这个进程至少要启动4个线程

1. main线程，只是程序的主线程，也是日常用到的最多的线程，也叫UI线程，因为android的组  
件是非线程安全的，所以只允许UI/MAIN线程来操作。

2. GC线程，java有垃圾回收机制，每个java程序都有一个专门负责垃圾回收的线程.

3. Binder1 就是我们的ApplicationThread，这个类实现了Ibinder接口，用于进程之间通信，具体  
来说，就是我们程序和AMS通信的工具.

4. Binder2 就是我们的ViewRoot.W对象，他也是实现了IBinder接口，就是用于我们的应用程序和  
wms通信的工具。

static class W extends IWindow.Stub {
            private final WeakReference<ViewRootImpl> mViewAncestor;
            private final IWindowSession mWindowSession;
    
            W(ViewRootImpl viewAncestor) {
                mViewAncestor = new WeakReference<ViewRootImpl>(viewAncestor);
                mWindowSession = viewAncestor.mWindowSession;
            }
    .....
    .....
    }

WMS就是WindowManagerServicer ，和AMS差不多的概念，不过他是管理窗口的系统服务。

## 三. 两个接口 ##

既然 IApplicationThread 和 IActivityManager 是两个接口, 我们来看看哪些类实现它们

#### 3.1 **IApplicationThread接口** ####

只要继承了android.os.IInterface 则说明它是一个Binder对象, 是用于进程间通信的接口.

public interface IApplicationThread extends android.os.IInterface{
    }

1. 先看IApplicationThread , 在 AS中 ctrl + T 快捷键(Eclipse风格)

![90a48f578be143d8bac97d23a3688578.png][]

实现这个接口的类为: ApplicationThread 它是 ActivityThread.java的内部类

private class ApplicationThread extends IApplicationThread.Stub {
    ......
    ......
    }

上图中,例外的 (Defaut in IApplicationThread) (Proxy in stub in IApplicationThread) (Stub in IApplicationThread) 是 系统编译 IApplicationThread.aidl 文件后自动生成的代码文件, 里面的核心内容就是 **1. 静态抽象类** **Stub**; **2. Stub的静态内部类Proxy ;**

在看看 IApplicationThread.aidl 的写法, 接口文件前修饰关键字为oneway

/**
     * System private API for communicating with the application.  This is given to
     * the activity manager by an application  when it starts up, for the activity
     * manager to tell the application about things it needs to do.
    
        系统进程与应用进程通信的系统专用API
     *
     * {@hide}
     */
    oneway interface IApplicationThread {
    .....
    }

oneway 表示在远程调用时(是异步调用，即客户端不会被阻塞), 它只是发送事务数据并立即返回.

oneway修饰了的方法不可以有返回值，也不可以有带out或inout的参数。可以去看看 IApplicationThread.aidl文件中,定义的方法, 都是void类型, 没有返回值.

这也对应 AMS 给应用进程发送消息后, 肯定继续做自己的事情, 不会被阻塞, 因为AMS是四大组件的管理者,同一时刻好多事情等着做了, 要是和普通的\[(in out inout), 他们是同步调用, 调用方执行 mRemote.transact 时, 会挂起, 然后等待服务端reply值\] 一样的话, 那么系统AMS这么重要的服务岂不是卡的要死. 系统运行也不流畅.

**google设计它的使命是什么呢?**

IApplicationThread接口的具体业务实现类是ApplicationThread, 它是ActivityThread的一个内部类，ApplicationThread负责响应系统进程发起的请求，这些请求大部分都是需要调度在应用进程的主线程执行，而ActivityThread是应用进程的主线程，通过Handle往主线程发送消息，ApplicationThread就轻松将具体执行任务的工作转交给了主线程。

#### **3.2 IActivityManager接口** ####

同样使用ctrl + T 查看实现类

![8601572bc8414d1e8abe316cf1d5d40c.png][]

实现这个接口的类为: ActivityManagerService.java , AMSEx.java 为 AMS的继承类

public class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stub
            implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {
    
    .....
    
    }
    
     public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.app.IActivityManager
      {
        .....
    }

根据上面"AMS是什么"介绍, 其实你也可以把AMS理解成运行在 system\_server进程中的一个线程.

当然 WMS PMS 也可以理解成运行在system\_server进程中的线程.

Binder 在进程间通信传递的数据限制大小为 1M - 8K

根据以前的文章(A[ndroid 进程间通信机制(二) mmap 原理][ndroid _ mmap])查看dev/binder分配内存的命令:

cat  proc/进程号/maps  | grep  dev/binder

我们可以查看 system\_server进程 dev/binder 驱动文件分配的内存空间也是为 1M - 8K

Android 系统底层基于 Linux Kernel, 当 Kernel 启动过程会创建 init 进程, 该进 程是所有用户空间的鼻祖, init 进程会启动 servicemanager(binder 服务管家), Zygote 进程(Java 进程的鼻祖). Zygote 进程会创建 system\_server 进程以及各 种 app 进程，下图是这几个系统重量级进程之间的层级关系。

![778bbe758b95496abaa72c029f180919.png][]

用自己的手机查看进程号:

![03620a41dee14e8ea813e26628371abe.png][]

\[号外\]: servicemanager 进程分配dev/binder的内存空间为 128K , 结论支撑代码为

frameworks/native/cmds/servicemanager/service\_manager.c

int main(int argc, char** argv)
    {
        struct binder_state *bs;
        union selinux_callback cb;
        char *driver;
    
        if (argc > 1) {
            driver = argv[1];
        } else {
            driver = "/dev/binder";
        }
    
        bs = binder_open(driver, 128*1024);

google设计128k的理由, 推测是和servicemanager进程通信的业务包括

请求服务(如 ServiceManager.getService(Context.USAGE\_STATS\_SERVICE)) 和

添加服务等轻量级的工作

ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);
                ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this), /* allowIsolated= */ false,
                        DUMP_FLAG_PRIORITY_HIGH);
                ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));
                ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));
                if (MONITOR_CPU_USAGE) {
                    ServiceManager.addService("cpuinfo", new CpuBinder(this),
                            /* allowIsolated= */ false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);
                }
                ServiceManager.addService("permission", new PermissionController(this));
                ServiceManager.addService("processinfo", new ProcessInfoService(this));

所以在binder分配的空间上只需要128K就可以满足.

## 四. 握手通信全流程 ##

#### 4.1 **从应用进程到系统进程** ####

在ActivityThread创建的时候，会将自己的ApplicationThread绑定到AMS中, 源码流程如下:

1. 首先在 ActivityThread.java 的main方法中

public static void main(String[] args) {
    
            ActivityThread thread = new ActivityThread();
    
            .....
            //步骤一
            thread.attach(false, startSeq);
    
    }
    
    
    
     @UnsupportedAppUsage
        private void attach(boolean system, long startSeq) {
    
    
            final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
    
            //步骤二 通过 IActivityManager接口跨进程通信, 把 mAppThread(ApplicationThread对象)传递到AMS中
            mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
    
    
    }

应用进程作为客户端，通过**IAcitivtyManager**接口发起了跨进程调用， 跨进程传递的参数**mAppThread**就是IApplicationThread的实例， 执行流程从应用进程进入到系统进程

2 接下来就到AMS中去了,调用 AMS.attachApplication() 方法

@Override
        public 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);
            }
        }

AMS作为IActivityManager接口的服务端实现，会响应客户端的请求，最终**AMS.attachApplication()**函数会被执行， 该函数接收跨进程传递过来的**IApplicationThread**实例，将其绑定到系统进程。 具体的绑定操作细节此处不表，我们只需要知道AMS中维护了所有进程运行时的信息(ProcessRecord)，一旦发生了应用进程的绑定请求， ProcessRecord.thread就被赋值成应用进程的**IApplicationThread**实例，这样一来，在AMS中就能通过该实例发起向应用进程的调用。

#### 4.2 **从系统进程到应用进程** ####

在AMS.attachApplication()的过程中，会有一些信息要传递给应用进程，以便应用进程的初始化.

public void attachApplication(IApplicationThread thread, long startSeq) {
        ....
        //1
        attachApplicationLocked(thread, callingPid, callingUid, startSeq);
        ....
    }

此时，AMS会反转角色，即系统进程作为客户端，通过**IApplicationThread**接口向应用进程发起调用。

@GuardedBy("this")
        private boolean attachApplicationLocked(@NonNull IApplicationThread thread,
                int pid, int callingUid, long startSeq) {
            
          // 2
          thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, null, profilerInfo,
                            null, null, null, testMode,
                            mBinderTransactionTrackingEnabled, enableTrackAllocation,
                            isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.isPersistent(),
                            new Configuration(app.getWindowProcessController().getConfiguration()),
                            app.compat, getCommonServicesLocked(app.isolated),
                            mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked(),
                            buildSerial, autofillOptions, contentCaptureOptions);
    }

2中的 thread就是 实现了IApplicationThread的接口对象,通过它跨进程通信,就跳转到ActivityThread.bindApplication 方法中去了

public final void bindApplication(String processName, ApplicationInfo appInfo,
                    List<ProviderInfo> providers, ComponentName instrumentationName,
                    ProfilerInfo profilerInfo, Bundle instrumentationArgs, 
    .......
    .......
                data.contentCaptureOptions = contentCaptureOptions;
                //3
                sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data);
    
    }

接下来会到消息处理的地方

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;
                        //4
                        handleBindApplication(data);
                        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
                        //processLinkTurboMonitor();
                        break;

调用handleBindApplication方法:

private void handleBindApplication(AppBindData data) {
    
        .....
        try {
             //5
             mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
                
    }

最终会走到 Application的 onCreate()方法中去

//Instrumentation.java中
    
         public void callApplicationOnCreate(Application app) {
            app.onCreate();
        }
    
    
        //Application.java
        public void onCreate() {
        }

ApplicationThread作为IApplicationThread接口的服务端实现，运行在应用进程中， 然后ApplicationThread.bindApplication()会被执行，完成一些简单的数据封装(AppBindData)后，通过Handler抛出BIND\_APPLICATION消息。这一抛，就抛到了主线程上，

ActivityThread.handleBindApplication()会被执行，接着就到了各位观众较为熟悉的Application.onCreate()函数。历经应用进程和系统进程之间的一个完整来回，总算是创建了一个应用程序。

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[ndroid _ mmap]: https://blog.csdn.net/u012514113/article/details/129454972
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