OpenHarmony源碼解析之系統(tǒng)服務(wù)管理子系統(tǒng)

作者：深開鴻Kaihong 2023-04-12 15:31:11

本文詳細(xì)講解了系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方法和注意事項(xiàng)。通過這篇文章相信大家對系統(tǒng)服務(wù)管理子系統(tǒng)有了一定的了解。

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1、預(yù)備知識

Linux中主要的IPC機(jī)制有：管道（pipe）、信號（signal）、信號量（semophore）、消息隊(duì)列（Message）、共享內(nèi)存（Share Memory）、套接字（Socket）等。Openharmony基于binder驅(qū)動封裝了一套ipc機(jī)制（foundation\communication\ipc）用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)的跨進(jìn)程通信。
Binder機(jī)制通常采用客戶端-服務(wù)器（Client-Server）模型，服務(wù)請求方（Client）可獲取服務(wù)提供方（Server）的代理（Proxy），并通過此代理讀寫數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)通信。通常，系統(tǒng)能力（SystemAbility）Server側(cè)會先注冊到系統(tǒng)能力管理者（System Ability Manager，縮寫SAMgr）中，SAMgr負(fù)責(zé)管理這些SA并向Client提供相關(guān)的接口(添加，查詢，獲取，刪除等)。Client要和某個具體的SA通信，必須先從SAMgr中獲取該SA的代理，然后使用代理和SA通信。

注：SAMgr本身也是IPC的Server端，Client通過SAMgr的代理，調(diào)用SAMgr的接口。

（1）binder機(jī)制架構(gòu)圖

OpenHarmony源碼解析之系統(tǒng)服務(wù)管理子系統(tǒng)-開源基礎(chǔ)軟件社區(qū)

說明:

SAMgr中保存了一個map，key為saId, value為SAInfo。SAInfo結(jié)構(gòu)體定義如下：

struct SAInfo {
    sptr<IRemoteObject> remoteObj;
    bool isDistributed = false;
    std::u16string capability;
    std::string permission;
};

（2）實(shí)現(xiàn)IPC的基本步驟

定義接口類
接口類繼承IRemoteBroker，定義描述符、業(yè)務(wù)函數(shù)和消息碼。
實(shí)現(xiàn)服務(wù)提供端(Stub)
Stub繼承IRemoteStub，除了接口類中未實(shí)現(xiàn)方法外，還需要實(shí)現(xiàn)OnRemoteRequest方法。
實(shí)現(xiàn)服務(wù)請求端(Proxy)
Proxy繼承IRemoteProxy，封裝業(yè)務(wù)函數(shù)，調(diào)用SendRequest將請求發(fā)送到Stub。
服務(wù)端進(jìn)程注冊SA
服務(wù)提供方所在進(jìn)程啟動后，申請SA的唯一標(biāo)識，將Stub注冊到SAMgr。
客戶端進(jìn)程通過SA的標(biāo)識（saId），從SAMgr獲取Proxy，通過Proxy實(shí)現(xiàn)與Stub的跨進(jìn)程通信。

ohos中的SystemAbility可以運(yùn)行在獨(dú)立的進(jìn)程中，也可以多個SystemAbility同時依附在某個進(jìn)程內(nèi)（如 foundation進(jìn)程），通過這個進(jìn)程對外提供服務(wù)。其他進(jìn)程通過IPC(binder機(jī)制)使用這些服務(wù)提供的接口。

2、系統(tǒng)服務(wù)管理子系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)服務(wù)管理子系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成。
系統(tǒng)服務(wù)框架組件(safwk)：定義了SystemAbility的實(shí)現(xiàn)方法，并提供啟動、發(fā)布等接口實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)服務(wù)管理組件(samgr): 提供系統(tǒng)服務(wù)注冊、查詢等功能。

架構(gòu)圖如下：

OpenHarmony源碼解析之系統(tǒng)服務(wù)管理子系統(tǒng)-開源基礎(chǔ)軟件社區(qū)

代碼目錄：

/foundation/systemabilitymgr
│── safwk               # 組件目錄
│  ├── bundle.json      # 組件描述及編譯腳本
│  ├── etc              # 配置文件
│  ├── interfaces       # 對外接口目錄
│  ├── services         # 框架實(shí)現(xiàn)
│  ├── test             # 測試用例
├── samgr
│   ├── bundle.json  # 部件描述及編譯文件
│   ├── frameworks   # 框架實(shí)現(xiàn)存在目錄
│   ├── interfaces   # 接口目錄
│   ├── services     # 組件服務(wù)端目錄
│   ├── test         # 測試代碼存放目錄
│   ├── utils        # 工具類目錄

3、系統(tǒng)服務(wù)框架組件

SystemAbility實(shí)現(xiàn)一般采用XXX.cfg + saId.xml + libXXX.z.so的方式由init進(jìn)程解析對應(yīng)的XXX.cfg文件拉起SystemAbility所依賴的進(jìn)程。（注：多個系統(tǒng)服務(wù)可能跑在同一個進(jìn)程里。比如AbilityManagerService、BatteryService、WindowManagerService都在foundation進(jìn)程，MMIService在獨(dú)立的進(jìn)程multimodalinput中。）

SystemAbility類圖如下：

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說明：

SystemAbility子類需要重寫OnStart()和OnStop()方法,并且在OnStart()方法中調(diào)用Publish(sptr<IRemoteObject> systemAbility)方法把系統(tǒng)服務(wù)發(fā)布出去。

（1）系統(tǒng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)步驟

下面以AbilityManagerService為例說明SystemAbility的實(shí)現(xiàn)。

定義IPC對外接口IXXX

定義該服務(wù)對外提供的能力集合函數(shù)，統(tǒng)一繼承IPC接口類IRemoteBroker；同時聲明該IPC對外接口唯一標(biāo)識符DECLARE_INTERFACE_DESCRIPTOR(XXX);該標(biāo)識符用于IPC通信的校驗(yàn)等目的。
foundation\ability\ability_runtime\interfaces\inner_api\ability_manager\include\ability_manager_interface.h。

class IAbilityManager : public OHOS::IRemoteBroker {
public:
    DECLARE_INTERFACE_DESCRIPTOR(u"ohos.aafwk.AbilityManager")

    /**
     * StartAbility with want, send want to ability manager service.
     *
     * @param want, the want of the ability to start.
     * @param userId, Designation User ID.
     * @param requestCode, Ability request code.
     * @return Returns ERR_OK on success, others on failure.
     */
    virtual int StartAbility(
        const Want &want,
        int32_t userId = DEFAULT_INVAL_VALUE,
        int requestCode = DEFAULT_INVAL_VALUE) = 0;
    //...此處省略若干行
}

定義客戶端代碼XXXProxy

foundation\ability\ability_runtime\services\abilitymgr\include\ability_manager_proxy.h。

class AbilityManagerProxy : public IRemoteProxy<IAbilityManager> {
public:
    explicit AbilityManagerProxy(const sptr<IRemoteObject> &impl) : IRemoteProxy<IAbilityManager>(impl)
    {}

    virtual ~AbilityManagerProxy()
    {}

    /**
     * StartAbility with want, send want to ability manager service.
     *
     * @param want, the want of the ability to start.
     * @param requestCode, Ability request code.
     * @param userId, Designation User ID.
     * @return Returns ERR_OK on success, others on failure.
     */
    virtual int StartAbility(
        const Want &want,
        int32_t userId = DEFAULT_INVAL_VALUE,
        int requestCode = DEFAULT_INVAL_VALUE) override;
//...此處省略若干行
private:
    static inline BrokerDelegator<AbilityManagerProxy> delegator_;
};

foundation\ability\ability_runtime\services\abilitymgr\src\ability_manager_proxy.cpp。

int AbilityManagerProxy::StartAbility(const Want &want, int32_t userId, int requestCode)
{
    int error;
    MessageParcel data;
    MessageParcel reply;
    MessageOption option;

    if (!WriteInterfaceToken(data)) {
        return INNER_ERR;
    }
    if (!data.WriteParcelable(&want)) {
        HILOG_ERROR("want write failed.");
        return INNER_ERR;
    }

    if (!data.WriteInt32(userId)) {
        HILOG_ERROR("userId write failed.");
        return INNER_ERR;
    }

    if (!data.WriteInt32(requestCode)) {
        HILOG_ERROR("requestCode write failed.");
        return INNER_ERR;
    }

    error = Remote()->SendRequest(IAbilityManager::START_ABILITY, data, reply, option);
    if (error != NO_ERROR) {
        HILOG_ERROR("Send request error: %{public}d", error);
        return error;
    }
    return reply.ReadInt32();
}

AbilityManagerProxy::StartAbility()實(shí)現(xiàn)代碼中會調(diào)用Remote()->SendRequest(IAbilityManager::START_ABILITY, data, reply, option);把消息碼和數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)端。

定義服務(wù)端代碼XXXStub

foundation\ability\ability_runtime\services\abilitymgr\include\ability_manager_stub.h。

class AbilityManagerStub : public IRemoteStub<IAbilityManager> {
public:
    AbilityManagerStub();
    ~AbilityManagerStub();
    virtual int OnRemoteRequest(
        uint32_t code, MessageParcel &data, MessageParcel &reply, MessageOption &option) override;
//...此處省略若干行
};

foundation\ability\ability_runtime\services\abilitymgr\src\ability_manager_stub.cpp。

int AbilityManagerStub::OnRemoteRequest(uint32_t code, MessageParcel &data, MessageParcel &reply, MessageOption &option)
{
    std::u16string descriptor = AbilityManagerStub::GetDescriptor();
    std::u16string remoteDescriptor = data.ReadInterfaceToken();
    if (descriptor != remoteDescriptor) {
        HILOG_INFO("local descriptor is not equal to remote");
        return ERR_INVALID_STATE;
    }

    auto itFunc = requestFuncMap_.find(code);
    if (itFunc != requestFuncMap_.end()) {
        auto requestFunc = itFunc->second;
        if (requestFunc != nullptr) {
            return (this->*requestFunc)(data, reply);
        }
    }
    HILOG_WARN("default case, need check.");
    return IPCObjectStub::OnRemoteRequest(code, data, reply, option);
}

requestFuncMap_[START_ABILITY] = &AbilityManagerStub::StartAbilityInner。
消息碼START_ABILITY對應(yīng)的函數(shù)為AbilityManagerStub::StartAbilityInner。

int AbilityManagerStub::StartAbilityInner(MessageParcel &data, MessageParcel &reply)
{
    Want *want = data.ReadParcelable<Want>();
    if (want == nullptr) {
        HILOG_ERROR("want is nullptr");
        return ERR_INVALID_VALUE;
    }
    int32_t userId = data.ReadInt32();
    int requestCode = data.ReadInt32();
    int32_t result = StartAbility(*want, userId, requestCode);
    reply.WriteInt32(result);
    delete want;
    return NO_ERROR;
}

StartAbility(）的實(shí)現(xiàn)在AbilityManagerStub的實(shí)現(xiàn)類AbilityManagerService中。

SystemAbility的實(shí)現(xiàn)類

foundation\ability\ability_runtime\services\abilitymgr\include\ability_manager_service.h。

class AbilityManagerService : public SystemAbility,
                              public AbilityManagerStub,
                              public AppStateCallback,
                              public std::enable_shared_from_this<AbilityManagerService> {
    DECLARE_DELAYED_SINGLETON(AbilityManagerService)
    DECLEAR_SYSTEM_ABILITY(AbilityManagerService)
public:
    void OnStart() override;
    void OnStop() override;
    ServiceRunningState QueryServiceState() const;

    /**
     * StartAbility with want, send want to ability manager service.
     *
     * @param want, the want of the ability to start.
     * @param requestCode, Ability request code.
     * @param userId, Designation User ID.
     * @return Returns ERR_OK on success, others on failure.
     */
    virtual int StartAbility(
        const Want &want, int32_t userId = DEFAULT_INVAL_VALUE, int requestCode = DEFAULT_INVAL_VALUE) override;
// ...此處省略若干行
}

AbilityManagerService同時繼承了SystemAbility和AbilityManagerStub。
在重寫的SystemAbility的接口函數(shù)OnStart()中，調(diào)用Publish(instance_)把自己發(fā)布出去。

void AbilityManagerService::OnStart()
{
    //...此處省略若干行
    /* Publish service maybe failed, so we need call this function at the last,
     * so it can't affect the TDD test program */
    instance_ = DelayedSingleton<AbilityManagerService>::GetInstance().get();
    if (instance_ == nullptr) {
        HILOG_ERROR("AMS enter OnStart, but instance_ is nullptr!");
        return;
    }
    bool ret = Publish(instance_);
    if (!ret) {
        HILOG_ERROR("Publish AMS failed!");
        return;
    }
//...此處省略若干行
}

注：在實(shí)現(xiàn)SystemAbility的時候，必須調(diào)用宏REGISTER_SYSTEM_ABILITY_BY_ID或者SystemAbility::MakeAndRegisterAbility()把SystemAbility注冊到LocalAbilityManager中。
可參考如下代碼：

const bool REGISTER_RESULT =
    SystemAbility::MakeAndRegisterAbility(DelayedSingleton<AbilityManagerService>::GetInstance().get());

或者：

REGISTER_SYSTEM_ABILITY_BY_ID(AppMgrService, APP_MGR_SERVICE_ID, true);

SystemAbility配置

以c++實(shí)現(xiàn)的SA必須配置相關(guān)SystemAbility的profile配置文件才會完成SA的自動加載注冊邏輯，否則沒有編寫配置文件的SystemAbility不會完成自動加載注冊。配置方法如下：
在子系統(tǒng)的根目錄新建一個以sa_profile為名的文件夾，然后在此文件夾中新建兩個文件：一個以saId為前綴的xml文件，另外一個為BUILD.gn文件。
比如AbilityManagerService，saId為ABILITY_MGR_SERVICE_ID（即180），對應(yīng)的配置文件為180.xml。內(nèi)容如下：

<info>
    <process>foundation</process>
    <systemability>
        <name>180</name>
        <libpath>libabilityms.z.so</libpath>
        <run-on-create>true</run-on-create>
        <distributed>false</distributed>
        <dump-level>1</dump-level>
    </systemability>
</info>

BUILD.gn內(nèi)容如下：

ohos_sa_profile("ams_sa_profile") {
  sources = [
    "180.xml",
    "182.xml",
    "183.xml",
    "184.xml",
    "501.xml",
  ]

  part_name = "ability_runtime"
}

說明：

進(jìn)程名字即該SystemAbility要運(yùn)行的進(jìn)程空間，此字段是必填選項(xiàng)。上例中，AbilityManagerService跑在foundation進(jìn)程中。
一個SystemAbility配置文件只能配置一個SystemAbility節(jié)點(diǎn)，配置多個會導(dǎo)致編譯失敗。
SystemAbility的name為對應(yīng)的saId必須與代碼中注冊的saId保持一致，必配項(xiàng)。
libpath為SystemAbility的加載路徑，必配項(xiàng)。
run-on-create：true表示進(jìn)程啟動后即向samgr組件注冊該SystemAbility；false表示按需啟動，即在其他模塊訪問到該SystemAbility時啟動，必配項(xiàng)。
distributed：true表示該SystemAbility為分布式SystemAbility，支持跨設(shè)備訪問；false表示只有本地跨進(jìn)程訪問。
bootphase：可不設(shè)置；可以設(shè)置的值有三種：BootStartPhase、CoreStartPhase、OtherStartPhase（默認(rèn)類型），三種優(yōu)先級依次降低，在同一個進(jìn)程中，會優(yōu)先拉起注冊配置BootStartPhase的SystemAbility，然后是配置了CoreStartPhase的SystemAbility，最后是OtherStartPhase；當(dāng)高優(yōu)先級的SystemAbility全部啟動注冊完畢才會啟動下一級的SystemAbility的注冊啟動。
dump-level：表示systemdumper支持的level等級，默認(rèn)配置1。
BUILD.gn中part_name為相應(yīng)部件名稱；sources表示當(dāng)前子系統(tǒng)需要配置的SystemAbility列表，可支持配置多個SystemAbility。

以上步驟完成后，全量編譯代碼后會在out路徑下生成一個以進(jìn)程名為前綴的xml文件（比如foundation.xml），路徑為：out\…\system\profile\foundation.xml。該文件整合了所有需要在該進(jìn)程中運(yùn)行的SA的saId.xml文件內(nèi)容。（比如AbilityManagerService，WindowManagerService，PowerManagerService等SA的配置文件都會被集成到foundation.xml中）。

Cfg配置文件

cfg配置文件為linux提供的native進(jìn)程拉起策略，開機(jī)啟動階段由init進(jìn)程解析cfg文件把目標(biāo)進(jìn)程拉起（動態(tài)加載的除外）。
foundation進(jìn)程的配置文件在systemabilitymgr子系統(tǒng)中。
foundation\systemabilitymgr\safwk\etc\profile\foundation.cfg。

"services" : [{
            "name" : "foundation",
            "path" : ["/system/bin/sa_main", "/system/profile/foundation.xml"],
            "importance" : -20,
            "uid" : "foundation",
            //...此處省略若干行
        }
    ]

（2）SystemAbility所在進(jìn)程啟動時序圖

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時序圖1

該流程即為/system/bin/sa_main可執(zhí)行文件的啟動流程，main()函數(shù)（代碼路徑foundation\systemabilitymgr\safwk\services\safwk\src\main.cpp）在調(diào)用LocalAbilityManager::GetInstance().DoStartSAProcess(profilePath, saId)之前會把進(jìn)程改名為saId.xml配置文件中指定的進(jìn)程名。

3、系統(tǒng)服務(wù)管理組件

SystemAbilityManager本身是IPC接口ISystemAbilityManager的服務(wù)端。提供了添加、刪除、查詢系統(tǒng)服務(wù)，以及訂閱系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)等接口。IPCSkeleton::SetContextObject()通過該方法告訴binder我是服務(wù)管理器，我是0號選手。

constexpr int REGISTRY_HANDLE = 0。

foundation\systemabilitymgr\samgr\services\samgr\native\source\main.cpp。

int main(int argc, char *argv[])
{
    HILOGI("%{public}s called, enter System Ability Manager ", __func__);

    OHOS::sptr<OHOS::SystemAbilityManager> manager = OHOS::SystemAbilityManager::GetInstance();
    manager->Init();
    OHOS::sptr<OHOS::IRemoteObject> serv = manager->AsObject();

    if (!IPCSkeleton::SetContextObject(serv)) {
        HILOGE("set context fail!"); // add log for dfx
    }
    int result = SetParameter("bootevent.samgr.ready", "true");
    HILOGI("set samgr ready ret : %{public}s", result == 0 ? "succeed" : "failed");
    manager->StartDfxTimer();
    OHOS::IPCSkeleton::JoinWorkThread();
    return -1;
}

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標(biāo)紅的方法LoadSystemAbility適用于動態(tài)加載系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程的場景。

前面章節(jié)講的AbilityManagerService所在的foundation進(jìn)程，開機(jī)即被init進(jìn)程拉起。

有些系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程需要動態(tài)加載，比如QuickFixManagerService所在的quick_fix進(jìn)程。

foundation\ability\ability_runtime\services\quickfixmgr\quick_fix.cfg。

{
    "services" : [{
            "name" : "quick_fix",
            "path" : ["/system/bin/sa_main", "/system/profile/quick_fix.xml"],
            "ondemand" : true,
            "uid" : "quickfixserver",
            "gid" : ["system"],
            "secon" : "u:r:quick_fix:s0"
        }
    ]
}

cfg文件指定了"ondemand"為 true，說明quick_fix進(jìn)程要按需啟動。拉起quick_fix進(jìn)程的關(guān)鍵在于SystemAbilityManager::LoadSystemAbility方法。
foundation\ability\ability_runtime\interfaces\inner_api\quick_fix\src\quick_fix_manager_client.cpp。

bool QuickFixManagerClient::LoadQuickFixMgrService()
{
    // ...此處省略若干行
    sptr<QuickFixLoadCallback> loadCallback = new (std::nothrow) QuickFixLoadCallback();
    if (loadCallback == nullptr) {
        HILOG_ERROR("Create load callback failed.");
        return false;
    }

    auto ret = systemAbilityMgr->LoadSystemAbility(QUICK_FIX_MGR_SERVICE_ID, loadCallback);
    if (ret != 0) {
        HILOG_ERROR("Load system ability %{public}d failed with %{public}d.", QUICK_FIX_MGR_SERVICE_ID, ret);
        return false;
    }

    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(loadSaMutex_);
        auto waitStatus = loadSaCondation_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(LOAD_SA_TIMEOUT_MS),
            [this]() {
                return loadSaFinished_;
            });
        if (!waitStatus) {
            HILOG_ERROR("Wait for load sa timeout.");
            return false;
        }
    }

    return true;
}

SystemAbilityManager::LoadSystemAbility()中，會先判斷目標(biāo)SA是否已存在，如不存在，則調(diào)用StartDynamicSystemProcess()函數(shù)把目標(biāo)SA所在進(jìn)程拉起。（SystemAbilityManager在初始化的時候會遍歷/system/profile/目錄下的文件并解析，把所有SA的配置信息保存到saProfileMap_中。所以目標(biāo)SA所在的進(jìn)程名，SystemAbilityManager都有保存。）

int32_t SystemAbilityManager::StartDynamicSystemProcess(const std::u16string& name, int32_t systemAbilityId)
{
    std::string strExtra = std::to_string(systemAbilityId);
    auto extraArgv = strExtra.c_str();
    auto result = ServiceControlWithExtra(Str16ToStr8(name).c_str(), ServiceAction::START, &extraArgv, 1);
    HILOGI("StartDynamicSystemProcess call ServiceControlWithExtra result:%{public}d!", result);
    return (result == 0) ? ERR_OK : ERR_INVALID_VALUE;
}

ServiceControlWithExtra()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在base\startup\init\interfaces\innerkits\service_control\service_control.c文件中，實(shí)際就是通知init進(jìn)程把目標(biāo)進(jìn)程拉起。目標(biāo)進(jìn)程被拉起之后會再走一遍時序圖1的流程。跟開機(jī)啟動的系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程的不同點(diǎn)在于，動態(tài)加載的系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程main()函數(shù)參數(shù)多了目標(biāo)saId。

4、系統(tǒng)服務(wù)接口使用方法

foundation\systemabilitymgr\samgr\interfaces\innerkits\samgr_proxy\include\system_ability_definition.h 定義了所有系統(tǒng)服務(wù)的saId。

比如要使用AbilityManagerService的StartAbility()接口。

包含頭文件

#include "ability_manager_interface.h"
#include "if_system_ability_manager.h"
#include "ipc_skeleton.h"
#include "iservice_registry.h"
#include "system_ability_definition.h"

獲取系統(tǒng)服務(wù)，調(diào)用接口

OHOS::sptr<OHOS::ISystemAbilityManager> systemAbilityManager =
        OHOS::SystemAbilityManagerClient::GetInstance().GetSystemAbilityManager();
    OHOS::sptr<OHOS::IRemoteObject> abilityObject =
        systemAbilityManager->GetSystemAbility(OHOS::ABILITY_MGR_SERVICE_ID);
    auto abms = OHOS::iface_cast<OHOS::AAFwk::IAbilityManager>(abilityObject);
   abms->StartAbility(want, userId, requestCode);

5、系統(tǒng)服務(wù)不配置saId.xml,不走自動加載注冊流程行不行？

答案是可以的。
參考SysEventServiceOhos，是SystemAbility，但沒有配置saId.xml,直接在hiview進(jìn)程中初始化并注冊。
SysEventService::OnLoad() => （hiview進(jìn)程加載SysEventService插件）
SysEventServiceAdapter::StartService() =>
OHOS::HiviewDFX::SysEventServiceOhos::StartService() =>
samgr->AddSystemAbility(DFX_SYS_EVENT_SERVICE_ABILITY_ID, instance)