Android Framework AMS（01）AMS启动及相关初始化1-4

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本章关键点总结 & 说明：

说明：本章节主要涉及systemserver启动AMS及初始化AMS相关操作。同时由于该部分内容分析过多，因此拆成2个章节，本章节是第一章节，第二章节文章链接为：

Android Framework AMS（02）AMS启动及相关初始化5-8

systemserver在启动AMS（ActivityManagerService）时，不仅仅是做简单的AMS服务启动，还有很多的其他初始化相关操作，这里我们以SystemServer启动流程为主线，对AMS启动及相关逻辑进行初始化操作进行分析，接下来我们通过代码来看看具体的操作逻辑。相关代码如下：

// SystemServer
	//...
	// 定义系统服务的成员变量
	private ActivityManagerService mActivityManagerService;
	private SystemServiceManager mSystemServiceManager;
	private PowerManagerService mPowerManagerService;
	private PackageManagerService mPackageManagerService;
	//...
	private void startBootstrapServices() {
		// 启动引导服务，这些服务在系统启动的早期阶段被启动
		// ...
		// 关键点1：启动ActivityManagerService服务
		mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
				ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

		// 关键点2：为ActivityManagerService设置系统服务管理器
		mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
		
		// 启动PowerManagerService服务
		mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);
		
		// 关键点3：初始化电源管理
		mActivityManagerService.initPowerManagement();

		// 关键点4：将当前进程设置为系统进程
		mActivityManagerService.setSystemProcess();
		// ...
	}
	//...
	private void startCoreServices() {// 启动核心服务
		// ...
		// 为ActivityManagerService设置UsageStatsManager服务
		mActivityManagerService.setUsageStatsManager(
				LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class));
		// ...
	}
	//...
	private void startOtherServices() {// 启动其他服务
		// ...
		WindowManagerService wm = null;
		// ...
		
		// 关键点5：安装系统提供的ContentProviders
		mActivityManagerService.installSystemProviders();
		
		// 初始化看门狗监控
		watchdog.init(context, mActivityManagerService);

		// 创建WindowManagerService服务
		wm = WindowManagerService.main(context, inputManager,
				mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,
				mActivityManagerService);

		// 关键点6：为ActivityManagerService设置WindowManager
		mActivityManagerService.setWindowManager(wm);

		final boolean safeMode = wm.detectSafeMode();
		if (safeMode) {// 检测安全模式
			// 进入安全模式
			mActivityManagerService.enterSafeMode();
			// 禁用JIT编译
			VMRuntime.getRuntime().disableJitCompilation();
		} else {
			// 启用JIT编译
			VMRuntime.getRuntime().startJitCompilation();
		}

		if (safeMode) {// 如果处于安全模式，显示安全模式覆盖层
			mActivityManagerService.showSafeModeOverlay();
		}
		// ...
		
		// 通知PowerManagerService系统已准备好
		mPowerManagerService.systemReady(mActivityManagerService.getAppOpsService());
		
		// 关键点7：当ActivityManagerService准备好后执行的操作
		mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				// 启动系统服务管理器的下一个启动阶段
				mSystemServiceManager.startBootPhase(
						SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);
				try {
					//关键点8：开始监控本地崩溃
					mActivityManagerService.startObservingNativeCrashes();
				} catch (Throwable e) {
					// 报告错误
					reportWtf("observing native crashes", e);
				}
				// ...
                WebViewFactory.prepareWebViewInSystemServer();
				
                try {
					// 尝试启动系统用户界面
                    startSystemUi(context);
                } catch (Throwable e) {
                    reportWtf("starting System UI", e);
                }
                try {
					//尝试通知挂载服务系统已准备就绪
                    if (mountServiceF != null) mountServiceF.systemReady();
                } catch (Throwable e) {
                    reportWtf("making Mount Service ready", e);
                }
				//...
				//其他各种服务准备就绪
				//...
			}
		});
		// ...
	}

以上代码通过关键点的标注，共列出了8个重要的调用，并对这些调用进行了简单的描述。整理如下：

关键点1：启动ActivityManagerService服务。
关键点2：为ActivityManagerService设置系统服务管理器。
关键点3：初始化电源管理。
关键点4：将当前进程设置为系统进程。
关键点5：安装系统提供的ContentProviders。
关键点6：为ActivityManagerService设置WindowManager。
关键点7：当ActivityManagerService准备好后执行的操作。
关键点8：开始监控本地崩溃。

接下来针对这8个关键点进行详细的解读。本章节主要关注关键点1-4部分，下一篇关注关键点5-8部分。

1 启动ActivityManagerService服务

这里从代码

mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
				ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

开始分析，这里涉及的ActivityManagerService.Lifecycle是ActivityManagerService的一个内部类，它实现了 SystemService 接口。它的代码实现如下：

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

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

        @Override
        public void onStart() {
            mService.start();
        }

        public ActivityManagerService getService() {
            return mService;
        }
    }

接下来分析mSystemServiceManager.startService的代码实现，具体如下：

//SystemServiceManager
	//...
	//关键流程step1
    public SystemService startService(String className) {
        final Class<SystemService> serviceClass;
        //...
        serviceClass = (Class<SystemService>)Class.forName(className);
		//...
        return startService(serviceClass);
    }
	//关键流程step2
    public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {
        final String name = serviceClass.getName();

        // 创建服务实例
        if (!SystemService.class.isAssignableFrom(serviceClass)) {
            throw new RuntimeException("..." + SystemService.class.getName());
        }
        final T service;
        Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);
		// 使用构造函数创建服务实例，传入mContext作为参数
		service = constructor.newInstance(mContext);
		//...
        mServices.add(service); // 将服务实例添加到服务列表中
		//...
        service.onStart(); // 调用服务的onStart方法，服务在这里进行初始化工作
		//...
        return service; // 返回创建的服务实例
    }

这里首先会调用的Lifecycle的构造器，实际上就是创建了一个ActivityManagerService对象，然后是执行Lifecycle的onStart方法，实际上是调用ActivityManagerService的start方法，start方法内容如下：

//ActivityManagerService
	private void start() {
		// 移除所有进程组。在Unix中，进程组是一个或多个进程的集合，它们可以一起接收信号。
		// 这个调用确保在AMS启动时，系统中不会有遗留的进程组影响新的系统服务。
		Process.removeAllProcessGroups();

		// 启动处理CPU信息的线程。mProcessCpuThread是一个监控CPU使用情况的后台线程，
		// 用于收集和更新CPU使用相关的统计信息。
		mProcessCpuThread.start();

		// 发布电池状态服务。电池状态服务（BatteryStatsService）负责监控设备的电池使用情况，
		// 包括应用程序对电池的消耗等信息。
		mBatteryStatsService.publish(mContext);

		// 发布应用操作服务。应用操作服务（AppOpsService）负责管理应用的操作记录，
		// 比如访问位置、联系人等敏感信息的权限检查。
		mAppOpsService.publish(mContext);
		
		// 将AppOpsService添加到本地服务中，以便其他系统组件可以访问它。
		LocalServices.addService(ActivityManagerInternal.class, new LocalService());
	}

start方法在AMS启动时执行一系列初始化操作，包括移除进程组、启动CPU监控线程、发布电池状态服务和应用操作服务，以及添加本地服务。这些步骤确保了AMS及其依赖的服务能够正确初始化，并为其他系统组件提供必要的服务和信息。

注意：mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class)这里返回的是一个Lifecycle类型的对象，最后通过Lifecycle的getService拿到创建好的ActivityManagerService对象。

整个过程中主要是做了一些ActivityManagerService初始化相关工作（start方法），然后返回了一个ActivityManagerService对象赋值给成员变量mActivityManagerService。

2 为ActivityManagerService设置系统服务管理器

这里从代码

mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);

开始分析，代码实现上很简单，如下所示：

//ActivityManagerService
    public void setSystemServiceManager(SystemServiceManager mgr) {
        mSystemServiceManager = mgr;
    }

但我们要了解这样设计背后的意义：SystemServiceManager是负责启动和维护系统服务的关键组件。在ActivityManagerService中调用setSystemServiceManager(mSystemServiceManager)的目的主要是：

通信和协调：ActivityManagerService（AMS）作为Android系统中的核心服务之一，负责管理应用程序的生命周期。它需要与其他系统服务如PowerManagerService、WindowManagerService等紧密协作。通过设置SystemServiceManager，AMS可以确保这些服务之间能够顺利通信和协调工作，这对于整个系统的稳定性和性能至关重要。
管理生命周期：系统服务的生命周期管理是SystemServiceManager的重要职责之一。AMS通过SystemServiceManager来控制其他服务的启动、运行和停止，确保在系统启动和关闭过程中，所有服务都能够按照正确的顺序进行初始化和清理。
提供服务上下文：SystemServiceManager持有系统级的上下文（Context），AMS需要这个上下文来执行其管理应用程序和进程的职责。系统级上下文提供了对系统资源和权限的访问，这对于AMS来说是必不可少的。

总之，设置一个系统服务管理器的引用，这样AMS就可以在需要时获取和控制其他系统服务，从而实现整个系统服务的协调和管理。

3 初始化电源管理

这里从代码

mActivityManagerService.initPowerManagement();

开始分析，对应代码实现如下：

//ActivityManagerService
    public void initPowerManagement() {
        mStackSupervisor.initPowerManagement();
        mBatteryStatsService.initPowerManagement();
    }

接下来分成2个部分来解读

mStackSupervisor.initPowerManagement();
mBatteryStatsService.initPowerManagement();

3.1 mStackSupervisor.initPowerManagement解读

mStackSupervisor.initPowerManagement()的代码实现如下：

//ActivityStackSupervisor
	void initPowerManagement() {
		// 获取系统服务中的电源管理器服务
		PowerManager pm = (PowerManager)mService.mContext.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);

		// 创建一个WakeLock，用于防止设备进入睡眠状态
		// PARTIAL_WAKE_LOCK: 用于防止CPU进入睡眠，但允许屏幕关闭
		// "ActivityManager-Sleep": WakeLock的标签，用于识别这个WakeLock
		mGoingToSleep = pm.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, "ActivityManager-Sleep");

		// 创建另一个WakeLock，用于在启动活动时防止设备进入睡眠状态
		// "ActivityManager-Launch": WakeLock的标签
		mLaunchingActivity = pm.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, "ActivityManager-Launch");

		// 设置mLaunchingActivity这个WakeLock为非引用计数模式
		// 这意味着即使只有一个持有者释放了WakeLock，它也不会被释放
		mLaunchingActivity.setReferenceCounted(false);
	}

mStackSupervisor.initPowerManagement方法的主要作用是初始化ActivityManagerService中使用的电源管理相关的WakeLock。这些WakeLock用于在特定情况下防止设备进入睡眠状态，确保系统的稳定性和响应性。通过创建和管理这些WakeLock，ActivityManagerService可以更好地控制设备的电源状态，特别是在处理活动启动和睡眠过程中。

3.2 mBatteryStatsService.initPowerManagement解读

mBatteryStatsService.initPowerManagement()的代码实现如下：

//BatteryStatsService
	public void initPowerManagement() {
		// 获取PowerManagerInternal服务的实例
		mPowerManagerInternal = LocalServices.getService(PowerManagerInternal.class);

		// 注册当前ActivityManagerService作为低功耗模式的观察者
		// 这样，当系统低功耗模式发生变化时，AMS可以接收到通知并作出相应的调整。
		mPowerManagerInternal.registerLowPowerModeObserver(this);

		// 记录当前低功耗模式是否启用,这有助于系统分析和优化电源使用。
		mStats.noteLowPowerMode(mPowerManagerInternal.getLowPowerModeEnabled());

		// 创建并启动一个WakeupReasonThread线程,该线程用于监控和分析设备唤醒的原因
		// 这对于电源管理和系统性能优化很有帮助
		(new WakeupReasonThread()).start();
	}

mBatteryStatsService.initPowerManagement方法在AMS中初始化电源管理相关的功能，包括获取电源管理器内部服务、注册低功耗模式观察者、记录低功耗模式状态，以及启动一个线程来监控设备唤醒的原因。这些步骤有助于AMS更好地管理系统的电源使用，优化系统性能，同时确保设备在需要时能够及时响应用户操作。

4 将当前进程设置为系统进程

这里从代码

mActivityManagerService.setSystemProcess();

开始分析，对应代码实现如下：

//ActivityManagerService
	public void setSystemProcess() {
		try {
			// 向ServiceManager注册ActivityManagerService，使其能被其他组件访问
			ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true);

			// 向ServiceManager注册ProcessStats服务，用于监控进程统计信息
			ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);

			// 向ServiceManager注册内存信息服务
			ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this));

			// 向ServiceManager注册图形信息服务
			ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));

			// 向ServiceManager注册数据库信息服务
			ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));

			// 如果启用了监控CPU使用率，则注册CPU信息服务
			if (MONITOR_CPU_USAGE) {
				ServiceManager.addService("cpuinfo", new CpuBinder(this));
			}

			// 向ServiceManager注册权限服务
			ServiceManager.addService("permission", new PermissionController(this));

			// 获取系统应用（android）的ApplicationInfo
			ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo(
					"android", STOCK_PM_FLAGS);

			// 安装系统应用的ApplicationInfo
			mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader());

			synchronized (this) {
				// 创建系统进程记录
				ProcessRecord app = newProcessRecordLocked(info, info.processName, false, 0);
				app.persistent = true;  // 系统进程是持久的
				app.pid = MY_PID;  // 设置进程ID为当前进程ID
				app.maxAdj = ProcessList.SYSTEM_ADJ;  // 设置进程的调整级别为系统级别
				// 激活系统进程
				app.makeActive(mSystemThread.getApplicationThread(), mProcessStats);

				// 将系统进程记录添加到进程名称map中
				mProcessNames.put(app.processName, app.uid, app);

				synchronized (mPidsSelfLocked) {
					mPidsSelfLocked.put(app.pid, app);  // 将PID与进程记录关联
				}

				// 更新最近最少使用的(LRU)进程缓存
				updateLruProcessLocked(app, false, null);

				// 更新OOM调整级别
				updateOomAdjLocked();
			}
		} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
			throw new RuntimeException(
					"Unable to find android system package", e);
		}
	}

setSystemProcess方法在AMS中将当前进程设置为系统进程，并注册了一系列关键服务。这些服务包括活动管理、进程统计、内存信息、图形信息、数据库信息、CPU信息和权限控制。此外，该方法还负责创建和激活系统进程记录，确保系统进程在系统中具有最高的优先级和持久性。这个过程是Android系统启动的关键部分，确保了系统服务能够正确注册和初始化。

同时这里对获取系统应用（android）的ApplicationInfo 和安装系统应用的ApplicationInfo做进一步的解读。

代码通过调用getPackageManager().getApplicationInfo()方法并传入参数"android"，获取的是系统应用本身的ApplicationInfo。这里的"android"指的是系统应用的包名。

系统应用（android包）是Android操作系统的核心组成部分，它包含了Android框架的基本类库和系统服务。这些类库和系统服务为所有应用提供了运行时环境，包括但不限于以下内容：

核心库：如android.app、android.content、android.view等。
系统服务：如ActivityManagerService、WindowManagerService、PackageManagerService等。
系统资源：如系统字体、颜色、样式等。

接下来对获取系统应用（android）的ApplicationInfo 和安装系统应用的ApplicationInfo 这2句话的目的和用途进行更详细的解读：

初始化系统环境：这两步操作确保了系统应用的环境被正确设置，为系统服务的运行提供了必要的上下文和资源。
提供系统服务访问权限：通过安装ApplicationInfo，系统服务获得了对系统应用资源的访问权限，这对于执行系统级别的任务是必要的。
确保系统应用的类加载：为系统应用设置正确的类加载器，确保系统服务可以加载系统应用的类，这对于系统服务的扩展性和模块化设计至关重要。
系统服务的自我识别：在Android系统中，系统服务本身也是以应用的形式运行的。通过获取和安装ApplicationInfo，系统服务能够识别自己的身份和角色，从而正确地执行其职责。

总结来说，这两步操作是系统服务启动和初始化过程的一部分，确保了系统服务能够正确地访问系统应用的资源，并为其执行系统级别的任务提供了必要的环境和权限。