探索 Android 系统启动 - 当我们按下电源键，Andro

2017-01-10 本文已影响1472人 Goo_Yao

前言

Android 系统启动流程的一次整体梳理。

按下电源键

Step 1 启动电源及系统启动

系统从 ROM 中开始启动，加载引导程序到 RAM ，然后执行

Step 2 引导程序

引导程序是 Android 操作系统开始运行前的一个小程序，因此它需要针对特定主板与芯片，并不是 Android 操作系统的一部分。引导程序是 OEM 厂商或运行商进行加锁、限制的地方。

两个阶段：

检测外部 RAM 以及为第二阶段加载程序
设置网络、内存等，搭建内核运行环境（为了达到特殊目的时，引导程序可以根据配置参数或者输入数据来设置内核

Android引导程序可以在\bootable\bootloader\legacy\usbloader找到，传统的加载器包含的两个文件：

init.s 初始化堆栈，清零BSS段（bss segment：通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域；BSS - Block Started by Symbol。BSS段属于静态内存分配），会调用 main.c 中的 _main()函数
main.c 初始化硬件，创建 linux 标签

Step 3 内核

Android 内核启动方式类似桌面 linux，主要步骤：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，接下来即将启动系统的第一个进程 -- ** init 进程**

Step 4 init 进程

作为 Android 系统的第一个进程，其PID为0，通过解析** init.rc 脚本来构建出系统初始运行形态，这一阶段中，“Android” logo 会显示出来（系统中，大多数系统服务程序都是在该脚本**中描述并被相继启动的）

init.rc 由4种类型声明组成：Actions、Commands、Services、Options

Actions：响应某事件的过程。当“trigger”所描述的触发事件产生时，则依次执行各种“command”
源码角度：系统会对 init.rc 中各“trigger”进行匹配，当发现符合条件的 Action，就将它加入“命令执行队列”尾部（除非 Action 已存在队列中），然后系统再对这些命令按顺序进行。

on <trigger> ##触发条件
<command1> ##执行命令
<command2> ##可执行多个命令
...

- **Commands：**命令将在所属事件发生时被一个个执行
- **Services：**可执行程序，它们在特定选项的约束下会被 init 程序运行或者重启（Service 可以在配置中指定**是否需要退出重启**，那么，当 Service 出现异常 crash 时，可有机会复原）

service <name><pathname> [<argument>]*
<option>
<option>

- **Options:**对 service 的约束选项

### Step 5、6 ServiceManager、Zygote、SystemServer
**科普：**Daemons - 守护进程

init进程通过解析 init.rc 来陆续启动其他关键的系统服务进程，其中最重要的是**ServiceManager、Zygote 和 SystemServer **三者，下面我们逐一解析：

#### ServiceManager -- Binder 机制支撑者
**概述：**ServiceManager 是 **Binder 机制**中的**支撑者**，负责某** Binder 服务注册信息**到底层 **Binder 驱动分配的值**解析。

ServiceManager 由 init 进程解析 rc 脚本时启动，属于** core 类**，其他同类进程包括：uenetd、console、adbd等。根据 core 组的特性，这些进程会**同时启动或停止**。另外，ServiceManager 配置含有 **critical 属性**，这意味着它是**系统关键进程**（如果进程不幸在4分钟内异常退出超过4次，设备将重启并进入还原模式）。当 ServiceManager 每次重启时，其他关键进程：zygote、media、surfaceflinger 等也会被 restart。

#### Zygote -- “孕育”新线程与进程
Android 中大多数应用进程与系统进程都是通过 Zygote 来生成的。Zygote 同样由 init 解析 rc 脚本时启动，属于** main 类**，同属 main 类的系统进程有：netd、debuggerd、rild等。Zygote并不是处于独立的程序中的，它所在程序名为**“app_process”**，观察 app_process 主函数实现知道，如果 init.rc 中指定了 --zygote选项，app_process 接下来将启动**“ZygoteInit”**，并传入**“start-system-server”**,这样，ZygoteInit 就会运行在虚拟机上（Dalvik VM）上了。

ZygoteInit 函数有两项重要工作：
1. 预装载各种系统类
2. 搭建 SystemServer 环境，并启动 SystemServer（大部分的 Android 系统服务都在其中，由 Java 编写）

ZygoteInit 流程总结（[摘自：Gityuan -- Android 系统启动-Zygote 篇](http://gityuan.com/2016/02/13/android-zygote/)）
1. 解析init.zygote.rc中的参数，创建AppRuntime并调用AppRuntime.start()方法；
1. 调用AndroidRuntime的startVM()方法创建虚拟机，再调用startReg()注册JNI函数；
1. 通过JNI方式调用ZygoteInit.main()，第一次进入Java世界；
1. registerZygoteSocket()建立socket通道，zygote作为通信的服务端，用于响应客户端请求；
1. preload()预加载通用类、drawable和color资源、openGL以及共享库以及WebView，用于提高ap启动效率；
1. zygote完毕大部分工作，接下来再通过startSystemServer()，fork得力帮手system_server进程，也是上层framework的运行载体。
1. zygote功成身退，调用runSelectLoop()，随时待命，当接收到请求创建新进程请求时立即唤醒并执行相应工作。

ZygoteInit 结束后，开机动画就出来了（注意：前面说道的并不是开机动画，而是开机前 “Android” Logo 出现的那个画面）

#### SystemServer -- 大部分 Android 系统服务所在地
SystemServer 是 Android 进入 Launcher 前的最后准备，它提供了众多的由“Java”语言编写的**系统服务**。

如果 init.rc 中为 zygote 指定启动参数 --start-system-server，那么 ZygotyeInit 就会调用 startSystemServer 来进入 SystemServer。

**startSystemServer函数解析：**
1. 首先 ZygoteInit 通过 **Zygote.forkSystemServer** 来生成一个新的线程（fork），用于承载各种**系统服务**。（源码角度：Zygote 内部由 Native 函数 **Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer** 来进一步实现，最终调用底层接口的** fork 接口**来实际产生进程）
1. 根据fork特性，子进程与父进程将获得**相同的代码环境**。**pid为0为子进程**，否则为父进程；如果是**前者**，则进一步调用** handleSystemServerProcess(parseArgs) **函数来完成最核心的工作 -- **“启动各系统服务”**（源码角度：handleSystemServerProcess 方法将 startSystemServer 中的 **parsedArgs.remainingArgs** 参数传给 **RuntimeInit.zygoteInit**，后者又调用** nativeZygoteInit 函数**）
2. nativeZygoteInit 调用后，接着，三个重要的 static 函数就要被执行了：**init1 - 完成本地Service(SurfaceFlinger、AudioFlinger等)启动，完成后调用 init2**、**init2 - 新建一个新的带 Looper 的线程 ServerThread来启动 Java层各 Service**

### 后续的启动
上面对 Android 系统启动做了一个简述，意在给大家展现一个整体流程，其中每个环节涉及的知识点只是浅浅掠过，笔者也尚在学习与探索中，希望在后续再作详细分析。

## 资源推荐
- [Gityuan - Android 开篇](http://gityuan.com/android/)
- [老罗的Android之旅](http://blog.csdn.net/luoshengyang?viewmode=contents )
- 《深入理解 Android 内核设计思想》 由浅入深，落实到源码层面上进行探索，知识很有深度