安卓系统启动过程

亦余心之所善兮，虽九死其犹未悔。这篇文章主要讲述安卓系统启动过程相关的知识，希望能为你提供帮助。
韩梦飞沙 yue31313 韩亚飞 han_meng_fei_sha 313134555@qq.com

android启动图示

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当你按下电源开关后Android设备执行了以下步骤。

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此处图片中step2中的一个单词拼写错了，Boot Loaeder应该为Boot Loader
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第一步：启动电源以及系统启动
当电源按下，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序到RAM，然后执行。
第二步：引导程序
引导程序是在Android操作系统开始运行前的一个小程序。引导程序是运行的第一个程序，因此它是针对特定的主板与芯片的。设备制造商要么使用很受欢迎的引导程序比如redboot、uboot、qi bootloader或者开发自己的引导程序，它不是Android操作系统的一部分。引导程序是OEM厂商或者运营商加锁和限制的地方。
引导程序分两个阶段执行。第一个阶段，检测外部的RAM以及加载对第二阶段有用的程序；第二阶段，引导程序设置网络、内存等等。这些对于运行内核是必要的，为了达到特殊的目标，引导程序可以根据配置参数或者输入数据设置内核。
Android引导程序可以在\\bootable\\bootloader\\legacy\\usbloader找到。
传统的加载器包含的个文件，需要在这里说明：

init.s初始化堆栈，清零BBS段，调用main.c的_main()函数；
main.c初始化硬件（闹钟、主板、键盘、控制台），创建linux标签。

更多关于Android引导程序的可以在这里了解。
第三步：内核
Android内核与桌面linux内核启动的方式差不多。内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表，加载驱动。当内核完成系统设置，它首先在系统文件中寻找”init”文件，然后启动root进程或者系统的第一个进程。
第四步：init进程
init是第一个进程，我们可以说它是root进程或者说有进程的父进程。init进程有两个责任，一是挂载目录，比如/sys、/dev、/proc，二是运行init.rc脚本。

init进程可以在/system/core/init找到。
init.rc文件可以在/system/core/rootdir/init.rc找到。
readme.txt可以在/system/core/init/readme.txt找到。

对于init.rc文件，Android中有特定的格式以及规则。在Android中，我们叫做Android初始化语言。
Android初始化语言由四大类型的声明组成，即Actions（动作）、Commands（命令）、Services（服务）、以及Options（选项）。
Action（动作）：动作是以命令流程命名的，有一个触发器决定动作是否发生。
语法

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; html-script: false ] on & lt; trigger& gt; & lt; command& gt; & lt; command& gt; & lt; command& gt;

Service（服务）：服务是init进程启动的程序、当服务退出时init进程会视情况重启服务。
语法

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; html-script: false ] service & lt; name& gt; & lt; pathname& gt; [& lt; argument& gt; ]* & lt; option& gt; & lt; option& gt; ...

Options（选项）
选项是对服务的描述。它们影响init进程如何以及何时启动服务。
咱们来看看默认的init.rc文件。这里我只列出了主要的事件以及服务。
Table

Action/Service	描述
on early-init	设置init进程以及它创建的子进程的优先级，设置init进程的安全环境
on init	设置全局环境，为cpu accounting创建cgroup(资源控制)挂载点
on fs	挂载mtd分区
on post-fs	改变系统目录的访问权限
on post-fs-data	改变/data目录以及它的子目录的访问权限
on boot	基本网络的初始化，内存管理等等
service servicemanager	启动系统管理器管理所有的本地服务，比如位置、音频、Shared preference等等…
service zygote	启动zygote作为应用进程

【安卓系统启动过程】在这个阶段你可以在设备的屏幕上看到“Android”logo了。
第五步
在java中，我们知道不同的虚拟机实例会为不同的应用分配不同的内存。假如Android应用应该尽可能快地启动，但如果Android系统为每一个应用启动不同的Dalvik虚拟机实例，就会消耗大量的内存以及时间。因此，为了克服这个问题，Android系统创造了”Zygote”。Zygote让Dalvik虚拟机共享代码、低内存占用以及最小的启动时间成为可能。Zygote是一个虚拟器进程，正如我们在前一个步骤所说的在系统引导的时候启动。Zygote预加载以及初始化核心库类。通常，这些核心类一般是只读的，也是Android SDK或者核心框架的一部分。在Java虚拟机中，每一个实例都有它自己的核心库类文件和堆对象的拷贝。
Zygote加载进程

加载ZygoteInit类，源代码：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
registerZygoteSocket()为zygote命令连接注册一个服务器套接字。
preloadClassed “preloaded-classes”是一个简单的包含一系列需要预加载类的文本文件，你可以在< Android Source> /frameworks/base找到“preloaded-classes”文件。
preloadResources() preloadResources也意味着本地主题、布局以及android.R文件中包含的所有东西都会用这个方法加载。

在这个阶段，你可以看到启动动画。
第六步：系统服务或服务
完成了上面几步之后，运行环境请求Zygote运行系统服务。系统服务同时使用native以及java编写，系统服务可以认为是一个进程。同一个系统服务在Android SDK可以以System Services形式获得。系统服务包含了所有的System Services。
Zygote创建新的进程去启动系统服务。你可以在ZygoteInit类的”startSystemServer”方法中找到源代码。
核心服务：

启动电源管理器；
创建Activity管理器；
启动电话注册；
启动包管理器；
设置Activity管理服务为系统进程；
启动上下文管理器；
启动系统Context Providers；
启动电池服务；
启动定时管理器；
启动传感服务；
启动窗口管理器；
启动蓝牙服务；
启动挂载服务。

其他服务：

启动状态栏服务；
启动硬件服务；
启动网络状态服务；
启动网络连接服务；
启动通知管理器；
启动设备存储监视服务；
启动定位管理器；
启动搜索服务；
启动剪切板服务；
启动登记服务；
启动壁纸服务；
启动音频服务；
启动耳机监听；
启动AdbSettingsObserver（处理adb命令）。

第七步：引导完成
一旦系统服务在内存中跑起来了，Android就完成了引导过程。在这个时候“ACTION_BOOT_COMPLETED”开机启动广播就会发出去。
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Linux内核启动之后就到Android Init进程，进而启动Android相关的服务和应用。
启动的过程如下图所示

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Android系统启动过程
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Android的启动过程可以分为两个阶段，第一阶段是Linux的启动，第二阶段才是Android的启动，下面我们分别来了解一下具体的过程。
首先是Linux启动，这一部分我想就可以略过了，无非是Linux的Bootloader，Kernel，Driver之类的，在这里唯一要提到的就是ServiceManager，即服务管理器，这个是做为一个进程在Android加载之前就被启动了，我们可以从init.rc中看到这个配置项：
service servicemanager /system/bin/servicemanager
ServiceManager是Binder的服务管理守护进程，是Binder的核心，由其使用Binder驱动进行IPC管理，关于IPC通讯的机制，此处不再详述。在APP和Framework中，应用程序使用的ServiceManager.java就是通过Proxy与这个守护进程进行的通讯。
然后是Android的启动，接下来要详细描述的部分。我们还是先看一下init.rc中的配置
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
即linux启动以后，启动zygote服务进程，这个进程恰如其名：孵化器，是所有Android应用程序的孵化器。
我们来看一下app_process的代码，位置是在：
frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
在main()函数中有如下代码：

if (0 == strcmp("--zygote", arg)) { bool startSystemServer = (i < argc) ? strcmp(argv[i], "--start-system-server") == 0 : false; setArgv0(argv0, "zygote"); set_process_name("zygote"); runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", startSystemServer); }

从中可以追踪到AndroidRuntime，代码位于：
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
在start()函数中有如下代码：

/* start the virtual machine */ if (startVm(& mJavaVM, & env) != 0) goto bail; …… env-> CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);

即先启动了虚拟机，然后利用JNI调用了zygoteInit函数。
继续追踪到frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java的main()函数，代码如下：

if (argv[1].equals("true")) { startSystemServer(); } else if (!argv[1].equals("false")) { throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING); }Log.i(TAG, "Accepting command socket connections"); if (ZYGOTE_FORK_MODE) { runForkMode(); } else { runSelectLoopMode(); }

前一部分是在启动系统服务，后一部分是虽然是一个条件判断，但ZYGOTE_FORK_MODE被赋了false，所以进行else分支的 runSelectLoopMode()函数，在该函数中，实际上是在一死循环中利用zygoteConnection类通过socket的方式进行消息处理，用于fork出新的zygote，从而以最轻量级的方式实现每个进程一个虚拟机的机制。
继续来看startSystemServer()，代码位于：
frameworks/base/services/java/com/android/server/systemserver.java
在其main()函数中调用了init1(args)这个native函数，利用JNI机制，跟踪至
frameworks/base/services/jni/com_android_server_systemService.cpp，然后到
frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp
在system_init()函数中有如下代码

if (strcmp(propBuf, "1") == 0) { // Start the SurfaceFlinger SurfaceFlinger::instantiate(); } AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime(); LOGI("System server: starting Android services./n"); runtime-> callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

即完成了SurfaceFlinger的实例化，然后利用运行时的callStatic()函数调用了SystemServer的init2()函数，这个函数位于：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
代码是：

public static final void init2() { Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!"); Thread thr = new ServerThread(); thr.setName("android.server.ServerThread"); thr.start(); }

在这个ServerThread线程中，可以看到我们熟悉的Android服务了，比如WallpaperService服务的启动：

try { Slog.i(TAG, "Wallpaper Service"); wallpaper = new WallpaperManagerService(context); ServiceManager.addService(Context.WALLPAPER_SERVICE, wallpaper); } catch (Throwable e) { Slog.e(TAG, "Failure starting Wallpaper Service", e); }

最后，调用各服务的systemReady()函数通知系统就绪。
至此，系统的启动过程结束
从这里可以看出，linux的init在启动若干守护进程之后，就启动了Android的runtime和zygote，zygote再启动虚拟机，系统服务，系统服务再启动完本地服务后，又启动了若干Android服务，并完成向ServiceManager的注册工作，最后系统启动完成。系统的进程空间如下图所示：
可见，由zygote孵化器为各进程以写时复制的方式用最小的代价实现了虚拟机。
至此，系统的启动过程结束，借用两张图来说明问题：

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从这里可以看出，linux的init在启动若干守护进程之后，就启动了Android的runtime和zygote，zygote再启动虚拟机，系统服务，系统服务再启动完本地服务后，又启动了若干Android服务，并完成向ServiceManager的注册工作，最后系统启动完成。系统的进程空间如下图所示：
可见，由zygote孵化器为各进程以写时复制的方式用最小的代价实现了虚拟机。