深入Android frameworks

《深入理解Android 5源代码》一书的内容实在太渣，转战博客系列：老罗的Android之旅

Java Native Interface(JNI)系统

  • JNI函数注册：把Java中声明的native方法与C/C++代码一一对应起来
    • JNINativeMethod结构体，name, signature, fnPtr三个成员
    • signature部分：V - void - void, Z - jboolean - boolean, J - jlong - long, S - jshort - short, Ljava/lang/String; - jstring - String, Ljava/net/Socket; - jobject - Socket
    • 通过在C/C++代码中设置好Java native方法对应的结构体数据，就可以达到将其对应起来的目的
    • 所有的注册工作都在frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp中完成
    • AndroidRuntime::registerNativeMethods函数调用了JNIHelp.cpp中的 jniRegisterNativeMethods方法，=> C_JNIEnv::RegisterNatives
    • 如果不通过上述方式注册native函数，函数被调用时AndroidRuntime会从所有已载入的so库中 搜索被调用的函数，效率较低，而上述注册会加速native函数的查找，只需在JNINativeMethod数组 中查找即可
    • 而且由于上述注册机制，使得可以在运行时动态注册/hook
    • 动态注册
      • Java层调用System.loadLibrary加载so库
      • 查找so库中的JNI_OnLoad函数，如果存在，则执行之
      • 可以在JNI_OnLoad函数中进行动态注册

Hardware Abstract Layer(HAL)

  • 将硬件抽象化，为操作系统提供虚拟硬件平台，操作系统的代码和硬件驱动的代码完全分离，软硬件完全分离， 便于保护硬件厂商的知识产权，也便于软硬件测试并行化
  • 主要包括hw_module_t, hw_module_methods_t, hw_device_t
  • hw_module_methods_t为所有硬件操作定义了统一的API
  • 硬件模块的编写有一定规范，HAL按照该规范载入硬件模块的SO库，获取绑定其中的符号、代码

Binder机制(跨进程通信IPC)

  • Android深入浅出之Binder机制

    • 系统服务的初始化流程
      • 每个使用Binder机制进行IPC的进程，都需要打开一次/dev/binder设备，并进行内存映射，方便后续操作：sp<ProcessState> proc(ProcessState::self())；
      • 每个进程也需要创建一个BpBinder对象，并将其转换为IServiceManager类型，保存到进程数据结构ProcessState中：sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager()；
      • 其实上面的proc和sm变量都没有使用，重要的工作是对两个函数的调用，而之所以要定义未使用的变量，是为了利用对象的析构机制自动释放资源，如果未定义变量，那返回的对象会立即析构，而如果定义了变量，则会在离开作用域时析构；
      • 初始化相应的服务：MediaPlayerService::instantiate()；
      • 创建线程池，加入线程池，并在其中开始循环，以便响应通过Binder发送的IPC请求：ProcessState::self()->startThreadPool()，IPCThreadState::self()->joinThreadPool()；

    • IBinder, BBinder, BpBinder, IInterface, BpInterface, IServiceManager, BpServiceManager, MediaPlayerService, BnMediaPlayerService 它们之间什么关系？

      • BBinder : IBinder : RefBase，定义了binder的API：transact(...)等基础API；
      • BpRefBase : RefBase，定义了基础的代理API：remote()；
      • BpBinder : IBinder，它也定义了代理的API：remoteBinder()；
      • IInterface : RefBase，定义了所有的service的公共API：asBinder(...)；
      • BnInterface : INTERFACE, BBinder，它是个模板类，用法是BnInterface<IXXX>，这样声明的类型就会同时继承IXXX和BBinder，BnInterface<IXXX>是IXXX的实现者，提供API：queryLocalInterface(...)；
      • BpInterface : INTERFACE, BpRefBase，它是个模板类，用法是BpInterface<IXXX>，这样声明的类型就会同时继承IXXX和BpRefBase，BpInterface<IXXX>是IXXX的代理服务提供者（代理）；
      • IServiceManager : IInterface，service manager也是一个服务，只不过它比较特殊，它的功能是管理其他所有的服务，其他所有的服务都需要把自己注册到service manager的服务列表中；
      • BnServiceManager : BnInterface<IServiceManager>，是IServiceManager的实现者；
      • BpServiceManager : BpInterface<IServiceManager>，是IServiceManager的代理；
      • ServiceManager.java，是Java层对ServiceManager的定义，它通过ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject())获得IServiceManager实例，而该方法则是通过查询native层service manager的服务列表获取服务实例；
      • IMediaPlayerService: IInterface，定义了MediaPlayerService的API，包括远程调用，属性访问；
      • BnMediaPlayerService: BnInterface<IMediaPlayerService>，是IMediaPlayerService的实现者；

      • BpMediaPlayerService: BpInterface<IMediaPlayerService>，是IMediaPlayerService的代理；

      • IXXX是接口的定义，实现者是BnXXX，使用者通过代理BpXXX和接口（服务）打交道；

      • Bp ==> Binder proxy；
      • BpServiceManager可以理解为IServiceManager的代理，对用户透明，是仅供内部使用的API；
      • Bn ==> Binder native；
      • Bn和Bp相对，Bp是代理，则Bn就是和代理通信的另一端（实现端），Bp通过和Bn通信，代理IXXX向使用者提供服务；
    • addService的IPC过程
      • 调用的是remote()->transact(...)函数，而remote返回的实际上就是初始化ServiceManager时创建的BpBinder；
      • ==> IPCThreadState::self()->transact(...)，在其中通过binder设备发送命令和数据，同时读取返回的命令和数据；
    • 自行实现一整套service
      • 如果是纯native的service，没有应用层入口，则需要和MediaPlayerService一样，实现一个main函数，并在其他同类service的启动处启动自定义的service；
      • 定义service接口IXXX : IInterface，定义需要的API；
      • 定义BnXXX和BpXXX，完成service的实现和代理；
  • 浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路
    • binder机制为service manager预留了通道，使其可以率先把自己注册为binder守护进程
    • binder IPC机制client和server通信只需要一次数据拷贝：client从用户空间拷贝到内核空间；server和内核空间（binder驱动）共享数据
    • 通过ioctl机制通知binder驱动自己成为守护进程之后，service manager进程将进入binder_loop，循环等待client的请求到来
  • 浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路
    • sp<IServiceManager> defaultServiceManager();这一方法实现了单例模式，单例保存在gDefaultServiceManager中
    • 创建单例：gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
    • 简化为：gDefaultServiceManager = new BpServiceManager(new BpBinder(0));

Android启动运行在独立进程的Service

  • 跨进程，当然就会使用binder机制
  • 包括三次跨进程通信
    • 从主进程（调用startService的进程）调用到ActivityManagerService进程中，完成新进程的创建，新进程开始执行
    • 从新进程调用到ActivityManagerService进程中，新进程告知ActivityManagerService自己已经准备就绪
    • 从ActivityManagerService进程又回到新进程中，传递了相关信息，最终将服务启动起来

Android应用程序的Activity启动过程

  • step2: Activity.startActivity =>
  • step3: Activity.startActivityForResult
  • step4: Instrumentation.execStartActivity =>
  • step5: ActivityManagerProxy.startActivity == binder ==>
  • step6: ActivityManagerService.startActivity =>
  • step6: ActivityManagerService.startActivityAsUser =>
  • step7: ActivityStackSupervisor.startActivityMayWait =>
  • step8: ActivityStackSupervisor.startActivityLocked =>
  • step9: ActivityStackSupervisor.startActivityUncheckedLocked =>
  • step10: ActivityStack.resumeTopActivityLocked => （此函数有两次调用，不同参数执行路径不同）
  • step11: ActivityStack.startPausingLocked =>
  • step12: ApplicationThreadProxy.schedulePauseActivity == binder ==>
  • step13: ActivityThread$ApplicationThread.schedulePauseActivity =>
  • step14: ActivityThread.queueOrSendMessage => (PAUSE_ACTIVITY)
  • step15: ActivityThread$H.handleMessage =>
  • step16: ActivityThread.handlePauseActivity => （在此处调用前一activity的onPause回调）
  • step17: ActivityManagerProxy.activityPaused == binder ==>
  • step18: ActivityManagerService.activityPaused =>
  • step19: ActivityStack.activityPaused =>
  • step20: ActivityStack.completePauseLocked =>
  • step21: ActivityStack.resumeTopActivityLocked =>
  • step22: ActivityStack.startSpecificActivityLocked => （如果对应进程不存在，则创建进程）
  • step23: ActivityManagerService.startProcessLocked =>
  • step24: ActivityThread.main =>
  • step25: ActivityManagerProxy.attachApplication == binder ==>
  • step26: ActivityManagerService.attachApplication =>
  • step27: ActivityManagerService.attachApplicationLocked =>
  • step28: ActivityStack.realStartActivityLocked =>
  • step29: ApplicationThreadProxy.scheduleLaunchActivity == binder ==>
  • step30: ApplicationThread.scheduleLaunchActivity =>
  • step31: ActivityThread.queueOrSendMessage => (LAUNCH_ACTIVITY)
  • step32: ActivityThread$H.handleMessage =>
  • step33: ActivityThread.handleLaunchActivity =>

  • step34: ActivityThread.performLaunchActivity => （此处通过反射创建新activity对象，然后通过mInstrumentation调用新activity的onCreate/onResume等回调）

  • Step1 - Step 11：Launcher通过Binder进程间通信机制通知ActivityManagerService，它要启动一个Activity；

  • Step 12 - Step 16：ActivityManagerService通过Binder进程间通信机制通知Launcher进入Paused状态；
  • Step 17 - Step 24：Launcher通过Binder进程间通信机制通知ActivityManagerService，它已经准备就绪进入Paused状态，于是ActivityManagerService就创建一个新的进程，用来启动一个ActivityThread实例（how?），即将要启动的Activity就是在这个ActivityThread实例中运行；
  • Step 25 - Step 27：ActivityThread通过Binder进程间通信机制将一个ApplicationThread类型的Binder对象传递给ActivityManagerService，以便以后ActivityManagerService能够通过这个Binder对象和它进行通信；
  • Step 28 - Step 35：ActivityManagerService通过Binder进程间通信机制通知ActivityThread，现在一切准备就绪，它可以真正执行Activity的启动操作了。

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