Android WatchDog分析
Android WatchDog
1 Android中的WatchDog
本文主要介绍android framework层中的watchdog，它属于一种软件Watchdog实现。
WatchDog主要作用：
1).接收系统内部reboot请求,重启系统。
2).监护SystemServer进程,防止系统死锁。
2 WatchDog启动
WatchDog是在SystemServer进程中被初始化和启动的。在SystemServer 被Start时，各种Android服务被注册和启动，其中也包括了WatchDog的初始化和启动。代码如下：
Slog.i(TAG, "Init Watchdog");
Watchdog.getInstance().init(context, battery, power, alarm,ActivityManagerService.self());
//Watchdog本身继承Thread，是一个线程类。此为WatchDog初始化。
.在SystemServer Run函数的后半段，将检查系统是否已经准备好运行第三方代码，并通过SystemReady接口通知系统已经就绪。在ActivityManagerService的SystemReady接口的CallBack函数中实现WatchDog的启动
Watchdog.getInstance().start();
//以上代码位于/Frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java中。
3 WatchDog内部架构及主要接口介绍
WatchDog内部主要部件和接口函数为：HeartbeatHandler、RebootReceiver、RebootRequestReceiver、checkReboot、rebootSystem、Monitor、addMonitor。
HeartbeatHandler：此为WatchDog的核心，负责对各个监护对象进行监护。
RebootReceiver：负责接收由AlarManagerService发出的PendingIntent,并进行系统重启。该PendingIntent为WatchDog内部创建，"com.android.service.Watchdog.REBOOT"。
RebootRequestReceiver：负责接收系统内部发出的重启Intent消息，并进行系统重启。
checkReboot：判断是否需要重启系统。
rebootSystem：调用PowerManager的reboot接口重启系统。
Monitor：每个被监护对象必须要实现的接口，由WatchDog在运行中调用，以实现监护功能。
addMonitor：将实现了monitor接口的监护对象注册到WatchDog服务中。
4 WatchDog工作流程
4.1WatchDog监护对象
要实现调用WatchDog对其进行监护，则必须实现
1)WatchDog.Monitor接口，这个接口中只有一个monitor函数。
2)将该对象注册到WatchDog服务中,在初始化中作如下处理：Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
在Android中WatchDog运行在SystemServer进程,对其进行监护，而其中监护的服务为以下三个：
ActivityManagerService、WindowManagerService、PowerMangerService。
以ActivityManagerService为例：
/** In this method we try to acquire our lock to make sure that we have not deadlocked */
public void monitor() {
synchronized (this) { }
}
该接口函数其实内部并不做任何处理，只是去锁一下对象，然后返回。如果对象没有死锁，则过程会很顺利，若对象死锁，则该函数就会挂在这里。
其它两个Service对象实现的monitor接口函数与Activity类似，也同样是去获取一下锁而已。
4.2WatchDog监护流程
在WatchDog启动之后，开始跑run函数。该函数内部为一个无限循环。
public void run() {
boolean waitedHalf = false;
while (true) {
mCompleted = false;
mHandler.sendEmptyMessage(MONITOR);
...
while (timeout > 0 && !mForceKillSystem) {
try {
wait(timeout);
} catch (InterruptedException e) {
}
timeout = TIME_TO_WAIT - (SystemClock.uptimeMillis() - start);
//TIME_TO_WAIT的默认时间为30s。此为第一次等待时间，WatchDog判断对象是否死锁的最长处理时间为1Min。
}
...
}
}
一开始就会发送一个MONITOR的Message，由HeartbeatHandler负责接收并处理。同时会等待30秒，等待HeartbeatHandler的处理结果。然后才会进行下一步动作。
在HeartbeatHandler中将会作如下处理：
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case MONITOR: {
...
final int size = mMonitors.size();
for (int i = 0 ; i < size ; i++) {
mCurrentMonitor = mMonitors.get(i);
mCurrentMonitor.monitor();
}//依次去调用监护对象的monitor接口，实现对其的监护。具体操作内容见4.1。
synchronized (Watchdog.this) {
mCompleted = true;
mCurrentMonitor = null;
}//如果监护的对象都正常，则会很快运行到这里，并对mCompleted赋值为true，表示对象正常返回。mCompleted值初始为false。
同时在run函数中：if (mCompleted && !mForceKillSystem) {
// The monitors have returned.
waitedHalf = false;
continue;
}//如果所有对象在30s内能够返回，则会得到mCompleted = true;则本次监护就结束，返回继续下一轮监护。
如果在30s内，monitor对象未能返回，mCompleted 值即为false，则会运行到该语句：
if (!waitedHalf) {
// We've waited half the deadlock-detection interval. Pull a stack
// trace and wait another half.
ArrayList<Integer> pids = new ArrayList<Integer>();
pids.add(Process.myPid());
ActivityManagerService.dumpStackTraces(true, pids, null, null);
waitedHalf = true;
continue;
}//会调用ActivityManagerService.java中的dumpStackTraces接口函数。
在该接口中，主要会对SystemServer进程的stackTrace的信息dump出来，以及检测目前运行App的CPU使用率。由SystemServer进程发送一个SIGNAL_QUIT的进程信号：
public static File dumpStackTraces(...,...) {
...
Process.sendSignal(firstPids.get(i), Process.SIGNAL_QUIT);
...
// Next measure CPU usage.
if (processStats != null) {
processStats.init();
System.gc();//运行garbage Collector.
processStats.update();
...
// We'll take the stack crawls of just the top apps using CPU.
final int N = processStats.countWorkingStats();
int numProcs = 0;
for (int i=0; i<N && numProcs<5; i++) {
ProcessStats.Stats stats = processStats.getWorkingStats(i);
if (lastPids.indexOfKey(stats.pid) >= 0) {
numProcs++;
try {
Process.sendSignal(firstPids.get(i), Process.SIGNAL_QUIT);
}
...
}
该动作发生在第一次等待的30s时间内，monitor对象未返回，由于在调用完ActivityManagerService.java的dumpStackTraces接口函数后，将waitedHalf赋值为true。并返回继续下一轮监护。若紧接着的下一轮监护，在30s内 monitor对象依旧未及时返回，此时
if (mCompleted && !mForceKillSystem){
...
}
if (!waitedHalf){
...
}//此时这两个语句都不会运行，则会直接运行到下面部分。这表示系统的监护对象有死锁现象发生，SystemServer进程需要kill并重启。
// Pass !waitedHalf so that just in case we somehow wind up here without having
// dumped the halfway stacks, we properly re-initialize the trace file.
final File stack = ActivityManagerService.dumpStackTraces(
!waitedHalf, pids, null, null);
// Give some extra time to make sure the stack traces get written.
// The system's been hanging for a minute, another second or two won't hurt much.
SystemClock.sleep(2000);
...
// Only kill the process if the debugger is not attached.
if (!Debug.isDebuggerConnected()) {
Process.killProcess(Process.myPid());
System.exit(10);//在剩下的30s内，做一些收尾工作，如重新初始化trace file。最后直接将SystemServer进程kill，并且退出系统。Init进程会重新启动SystemServer进程，让其回到可用状态。