AMS、WMS、PMS:系统核心服务解析

一、 系统的“三巨头”

        Android 的交互模式是：应用进程通过 Binder 请求 系统进程（system_server） 中的服务来完成工作。

        而 system_server 进程是一个庞大的容器，其中运行着数十个至关重要的系统服务，它们各司其职，共同维系着整个系统的运转。其中，ActivityManagerService (AMS)、WindowManagerService (WMS) 和 PackageManagerService (PMS) 堪称这个容器中的“三巨头”，是 Android 框架层最核心、最复杂的服务。

        这里将深入解析这三大服务各自的职责、内部机制，以及它们如何精妙协同，完成诸如应用启动、界面显示等复杂任务。

二、 各司其职：三巨头的核心使命与内部机制

1. ActivityManagerService (AMS) - 应用的“总调度师”

• 核心职责：管理四大组件（尤其是 Activity）的生命周期和调度，管理应用进程和任务栈（Task）。

• 详细工作与内部机制：

  • 前台进程 (FOREGROUND_APP_ADJ = 0): 正在与用户交互的进程。

  • 可见进程 (VISIBLE_APP_ADJ = 100): 如弹出一个非全屏的对话框。

  • 服务进程 (SERVICE_ADJ = 500): 持有正在运行的 Service。

  • 后台进程 (PREVIOUS_APP_ADJ = 700): 刚刚进入后台的进程。

  • 空进程 (CACHED_APP_MAX_ADJ = 900+): 为提升启动速度而保留的空进程。

  • ProcessRecord: 记录一个进程的信息（pid, uid, 进程名）。

  • ActivityRecord: 记录一个 Activity 的信息（它是哪个 ProcessRecord 的，位于哪个 TaskRecord）。

  • TaskRecord: 记录一个任务栈（一组相关的 Activity）。

  • ActivityStack: 管理这些任务栈的层次和状态（如全屏栈、分屏栈）。

  • 组件生命周期管理：所有 Activity 的 start, resume, pause, stop, destroy 都是由 AMS 发出指令，应用进程再回调执行的。它是生命周期的“大脑”。它内部通过一系列 XXXRecord 类来记录状态：

  • 进程管理与调度（OOM_ADJ）：维护所有应用进程的优先级列表，并依据系统内存状态和用户行为，通过 Low Memory Killer 机制来决定回收哪些进程。它通过计算 oom_adj 值来标识进程重要性（值越小越重要）：

  • 跨进程通信枢纽：正如前篇所述，它是应用与系统、应用与应用间通信的核心中转站。

2. WindowManagerService (WMS) - 窗口的“大管家”

• 核心职责：管理所有程序的窗口（Window），负责窗口的层次（Z-order）、位置、动画以及最终的绘制和显示。

• 详细工作与内部机制：

  • 窗口管理：每个 Activity 都对应一个顶层窗口。WMS 管理着所有窗口的添加、删除和调整顺序。PhoneWindow 和 DecorView 就是 WMS 与应用交互的桥梁。它内部通过 WindowToken, WindowState 等类来管理窗口状态和层级。

  • 输入事件分发：InputManagerService 接收到的触摸（Touch）、按键（Key）等输入事件，最终会交由 WMS 来决策分发给哪个具体的窗口（View）来处理。WMS 是输入事件分发的起点。它通过计算窗口的层级和位置，找到最终接收事件的 WindowState。

  • Surface 管理：WMS 负责为每个窗口分配一块图形缓冲区（Surface）。应用通过 SurfaceHolder 或 SurfaceView 获取这块 Surface，然后通过 Skia 或 OpenGL 向其上绘制内容来显示界面。WMS 最终将所有窗口的 Surface 交给 SurfaceFlinger 进行合成。

  • 动画管理：窗口切换、Activity 跳转等动画都是由 WMS 统一协调和渲染的，保证了视觉的流畅和一致。它使用 WindowAnimator 来管理所有这些动画。

3. PackageManagerService (PMS) - 应用的“安检与档案员”

• 核心职责：管理所有应用的安装、卸载、更新和数据包信息解析。

• 详细工作与内部机制：

  • 解析 AndroidManifest.xml：在应用安装或扫描时，PMS 会解析 APK 文件（本质是zip包）中的 AndroidManifest.xml，提取出其中的四大组件、权限、包名、版本等信息，并持久化存储到 /data/system/packages.xml 和 packages.list 中。

  • 权限管理：维护着所有应用的权限授予状态。当应用调用需要权限的 API 时，对应的系统服务（如 AMS）会向 PMS 查询该应用是否已获得相应权限。权限信息也存储在 packages.xml 中。

  • 应用安装与优化：执行安装流程，包括：

  • 提供应用信息：为系统其他组件（如 Launcher、设置）提供已安装应用列表和信息查询接口。

  1. 拷贝 APK 文件到 /data/app/ 目录。

  2. 解压 classes.dex。

  3. 使用 dex2oat 工具将 dex 文件编译优化成 OAT（一种ELF格式）文件，存放在 /data/dalvik-cache/ 中，以大幅提升应用启动和运行速度。

三、 协同作战：一次点击启动应用的全流程剖析

        现在，让我们将“三巨头”和之前的知识串联起来，看看当用户点击桌面图标时，它们是如何协同工作的。这个过程远比我们第二篇中描述的更精细，下图揭示了三大核心服务在其中扮演的角色与复杂的交互过程：

阶段一：决策与校验（AMS 主导，PMS 协助）

1. Launcher 通过 Binder 调用 AMS.startActivity()。

2. AMS 收到请求后，首先求助 PMS：PMS.resolveIntent()。PMS 根据 Intent 中的信息（如包名、类名），去它维护的数据库中查找，确定要启动的具体 Activity 是谁，并返回其信息（ActivityInfo）。

3. AMS 继续请求 PMS 进行权限检查，确认 Launcher 是否有权启动这个应用。

4. AMS 执行一系列前置工作：决定任务栈（Task），检查目标进程是否存在等，然后通知 Launcher 进入 onPause 状态。

阶段二：进程创建与初始化（AMS 主导）

1. 如果目标进程不存在，AMS 请求 Zygote  fork 出新应用进程。

2. 新进程启动，初始化 ActivityThread，并立即 attach 到 AMS（AMS.attachApplication）。

3. AMS 得知新进程就绪后，将之前保存的待启动 Activity 信息通过 Binder 发送给新进程，调用 ApplicationThread.scheduleLaunchActivity()。（注意：ApplicationThread 是应用进程提供给 AMS 的 Binder 钩子，用于接收 AMS 的指令）。

阶段三：界面创建与显示（应用进程与 WMS 协同）

1. 应用进程的主线程（UI 线程）收到 AMS 的指令后，通过 Instrumentation 创建目标 Activity 实例，并回调 onCreate() 和 onStart()。

2. 在 onCreate() 中，我们通常会调用 setContentView()。这会创建应用的视图树（View Hierarchy），但其顶层容器 DecorView 此时还未被添加到窗口管理器。

3. 当执行到 onResume() 之后，应用进程的视图树已经准备就绪。此时，应用进程会通过 WindowManager 的全局实例，向 WMS 发起一个跨进程调用：WMS.addWindow(decorView, windowParams)。

4. WMS 收到请求后：

   • 为这个 Activity 创建一个对应的 WindowState 对象来管理其状态。

   • 根据窗口参数（如宽高、类型）为其分配一块 Surface。

   • 计算其在整个屏幕中的层次（Z-order）和位置。

5. WMS 将 Surface 信息返回给应用进程。应用进程的 ViewRootImpl 会获取到这个 Surface，并开始绘制流程（measure -> layout -> draw）。

6. 绘制的内容（像素点）通过 Surface 直接写入图形缓冲区。WMS 将所有窗口的 Surface 信息发送给 SurfaceFlinger 进行最终合成，并显示到屏幕上。

至此，一个应用界面才完整地呈现给用户。整个过程涉及多个进程、多次 Binder 调用，但在三大核心服务的精密协同下，变得高效而有序。

四、 总结与洞察

通过剖析三大服务，我们可以得到以下更深层次的洞察：

• 分层与抽象：Android 系统设计是高度分层和抽象的。AMS 关注“做什么”（调度），WMS 关注“怎么显示”（渲染），PMS 关注“你是谁”（元数据）。这种解耦使得系统更易于维护和扩展。

• 控制权反转（IoC）：应用的生命周期并不掌握在自己手中，而是由 AMS 控制。这是一种典型控制权反转设计，保证了系统的统一管控。

• 性能与安全：WMS 统一管理 Surface 和输入事件，是从系统层面保证流畅体验和安全性的关键（例如防止输入事件被窃取）。

理解了 AMS、WMS、PMS 的协同，你就真正理解了 Android 系统运行的核心机制