android開機啟動流程說明

第一步：啟動linux

1.Bootloader

2.Kernel

第二步 android系統啟動：入口為init.rc(system\core\rootdir)

1./system/bin/service manager: Binder 守護進程；

2.Runtime;

3.Zygote :app-process/app-main;

4.Start VM;

5.Start server

6.Start android service:Register to service Manager

7.Start Launcher

第三步：應用程式啟動：運行package Manager

l  Init進程

Android系統在啟動時首先會啟動Linux系統，引導載入Linux Kernel並啟動init進程。Init進程是一個由核心啟動的使用者級進程，是Android系統的第一個進程。該進程的相關代碼在platform\system\core\init\init.c。在main函數中，有如下代碼：

open_devnull_stdio();
    log_init();
    
    INFO("reading config file\n");
    init_parse_config_file("/init.rc");

    /* pull the kernel commandline and ramdisk properties file in */
    import_kernel_cmdline(0);

    get_hardware_name(hardware, &revision);
    snprintf(tmp, sizeof(tmp), "/init.%s.rc", hardware);
    init_parse_config_file(tmp);

    這裡會載入解析init.rc和init.hardware.rc兩個初始化指令碼。*.rc檔案定義了在init進程中需要啟動哪些進程服務和執行哪些動作。其詳細說明參見platform\system\core\init\reademe.txt。init.rc見如下定義：

service servicemanager /system/bin/servicemanager
    user system
    critical
    onrestart restart zygote
    onrestart restart media

service vold /system/bin/vold
    socket vold stream 0660 root mount
    ioprio be 2

service netd /system/bin/netd
    socket netd stream 0660 root system
    socket dnsproxyd stream 0660 root inet

service debuggerd /system/bin/debuggerd

service ril-daemon /system/bin/rild
    socket rild stream 660 root radio
    socket rild-debug stream 660 radio system
    user root
    group radio cache inet misc audio sdcard_rw

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    socket zygote stream 666
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart media
    onrestart restart netd

service drm /system/bin/drmserver
    user drm
    group system root inet

具體解析過程見platform\system\core\init\Init_parser.c。解析所得服務添加到service_list中，動作添加到action_list中。

接下來在main函數中執行動作和啟動進程服務：

      execute_one_command();
        restart_processes()

通常init過程需要建立一些系統檔案夾並啟動USB守護進程、Android Debug Bridge守護進程、Debug守護進程、ServiceManager進程、Zygote進程等。

l  ServiceManager進程

ServiceManager進程是所有服務的管理器。由init.rc對ServiceManager的描述service servicemanager /system/bin/servicemanager可知servicemanager進程從platform\frameworks\base\cmd\servicemanager\Service_manager.cpp啟動。在main函數中有如下代碼：

int main(int argc, char **argv)
{
    struct binder_state *bs;
    void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;

    bs = binder_open(128*1024);

    if (binder_become_context_manager(bs)) {
        LOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    svcmgr_handle = svcmgr;
    binder_loop(bs, svcmgr_handler);
    return 0;
}

首先調用binder_open()開啟Binder裝置(/dev/binder)，調用binder_become_context_manager()把當前進程設定為ServiceManager。ServiceManager本身就是一個服務。

int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)
{
    return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);
}

    最後binder_loop()進入迴圈狀態，並設定svcmgr_handler回呼函數等待添加、查詢、擷取服務等請求。

l  Zygote進程

         Zygote進程用於產生其他進程。由init.rc對zygote的描述service zygot /system/bin/app_process可知zygote進程從platfrom\frameworks\base\cmds\app_process\App_main.cpp啟動。在main函數中有如下代碼：

       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);
        } else {
            set_process_name(argv0);

            runtime.mClassName = arg;

            // Remainder of args get passed to startup class main()
            runtime.mArgC = argc-i;
            runtime.mArgV = argv+i;

            LOGV("App process is starting with pid=%d, class=%s.\n",
                 getpid(), runtime.getClassName());
            runtime.start();
        }

    首先建立AppRuntime，即AndroidRuntime，建立了一個Dalvik虛擬機器。通過這個runtime傳遞com.android.internal.os.ZygoteInit參數，從而由Dalvik虛擬機器運行ZygoteInit.java的main()，開始建立Zygote進程。在其main()中，如下所示：

       registerZygoteSocket();
            EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
                SystemClock.uptimeMillis());
            preloadClasses();
            //cacheRegisterMaps();
        preloadResources();
            EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
                SystemClock.uptimeMillis());

            // Finish profiling the zygote initialization.
          SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();

            // Do an initial gc to clean up after startup
          gc();

            // If requested, start system server directly from Zygote
            if (argv.length != 2) {
                throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);
            }

            if (argv[1].equals("true")) {
                startSystemServer();
            } else if (!argv[1].equals("false")) {
                throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);
            }

    首先通過registerZygoteSocket()登記連接埠，接著preloadClasses()裝載相關類。這裡大概要裝載1000多個類，具體裝載類見platform\frameworks\base\preloaded-classes。這個檔案有WritePreloadedClassFile類自動產生。分析該類的main函數，有如下一段篩選類的代碼：

       // Preload classes that were loaded by at least 2 processes. Hopefully,
        // the memory associated with these classes will be shared.
        for (LoadedClass loadedClass : root.loadedClasses.values()) {
            Set<String> names = loadedClass.processNames();
            if (!Policy.isPreloadable(loadedClass)) {
                continue;
            }

            if (names.size() >= MIN_PROCESSES ||
                    (loadedClass.medianTimeMicros() > MIN_LOAD_TIME_MICROS && names.size() > 1)) {
                toPreload.add(loadedClass);
            }
        }

        int initialSize = toPreload.size();
        System.out.println(initialSize
                + " classses were loaded by more than one app.");

        // Preload eligable classes from applications (not long-running
        // services).
        for (Proc proc : root.processes.values()) {
            if (proc.fromZygote() && !Policy.isService(proc.name)) {
                for (Operation operation : proc.operations) {
                    LoadedClass loadedClass = operation.loadedClass;
                    if (shouldPreload(loadedClass)) {
                        toPreload.add(loadedClass);
                    }
                }
            }
        }

其中MIN_LOAD_TIME_MICROS等於1250，當類的裝載時間大於1.25ms，則需要預裝載。

Policy.isPreloadable()定於如下：

   /**Reports if the given class should be preloaded. */
    public static boolean isPreloadable(LoadedClass clazz) {
        return clazz.systemClass && !EXCLUDED_CLASSES.contains(clazz.name);
    }

其中EXCLUDED_CLASSES如下定義：

   /**
     * Classes which we shouldn't load from the Zygote.
     */
    private static final Set<String> EXCLUDED_CLASSES
            = new HashSet<String>(Arrays.asList(
        // Binders
        "android.app.AlarmManager",
        "android.app.SearchManager",
        "android.os.FileObserver",
        "com.android.server.PackageManagerService$AppDirObserver",

        // Threads
        "android.os.AsyncTask",
        "android.pim.ContactsAsyncHelper",
        "java.lang.ProcessManager"
    ));

這幾個Binders和Thread是不會被預先載入的。

    另外還有一些application需要裝載，要求滿足條件proc.fromZygote()且不是屬於常駐記憶體的服務。SERVICES定義如下：

   /**
     * Long running services. These are restricted in their contribution to the 
     * preloader because their launch time is less critical.
     */
    // TODO: Generate this automatically from package manager.
    private static final Set<String> SERVICES = new HashSet<String>(Arrays.asList(
        "system_server",
        "com.google.process.content",
        "android.process.media",
        "com.android.bluetooth",
        "com.android.calendar",
        "com.android.inputmethod.latin",
        "com.android.phone",
        "com.google.android.apps.maps.FriendService", // pre froyo
        "com.google.android.apps.maps:FriendService", // froyo
        "com.google.android.apps.maps.LocationFriendService",
        "com.google.android.deskclock",
        "com.google.process.gapps",
        "android.tts"
    ));

         preloaded-classes是在下載源碼的時候產生，WritePreloadedClassFile類並沒有被用到，但可以通過這個類瞭解Android系統對預先載入類的預設要求，參考修改preloaded-classes檔案，減少開機初始化時要預先載入的類，提高開機速度。

最後來通過startSystemServer()啟動SystemServer進程。見如下代碼：

       /* Hardcoded command line to start the system server */
        String args[] = {
            "--setuid=1000",
            "--setgid=1000",
            "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,3001,3002,3003",
            "--capabilities=130104352,130104352",
            "--runtime-init",
            "--nice-name=system_server",
            "com.android.server.SystemServer",
        };
        ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;

        int pid;

        try {
            parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);

            /*
             * Enable debugging of the system process if *either* the command line flags
             * indicate it should be debuggable or the ro.debuggable system property
             * is set to "1"
             */
            int debugFlags = parsedArgs.debugFlags;
            if ("1".equals(SystemProperties.get("ro.debuggable")))
                debugFlags |= Zygote.DEBUG_ENABLE_DEBUGGER;

            /* Request to fork the system server process */
            pid = Zygote.forkSystemServer(
                    parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                    parsedArgs.gids, debugFlags, null,
                    parsedArgs.permittedCapabilities,
                    parsedArgs.effectiveCapabilities)

         Zygote封裝了Linux的fork。forkSystemServer()調用forkAndSpecialize()，最終穿過虛擬機器調用platform\dalvik\vm\native\dalvik_system_Zygote.c中Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize()。由dalvik完成fork新的進程。

       main()最後會調用runSelectLoopMode()，進入while迴圈，由peers建立新的進程。

l  SystemService進程

       SystemService用於建立init.rc定義的服務之外的所有服務。在main()的最後有如下代碼：

       // The system server has to run all of the time, so it needs to be
        // as efficient as possible with its memory usage.
        VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);
        
        System.loadLibrary("android_servers");
        init1(args);

Init1()是在native空間實現的，用於啟動native空間的服務，其實現在com_android_server_SystemServer.cpp中的android_server_SystemServer_init1()：

static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
    system_init();
}

    而system_init()服務初始化建立native層的各個服務：

   // Start the sensor service
  SensorService::instantiate();

    // On the simulator, audioflinger et al don't get started the
    // same way as on the device, and we need to start them here
    if (!proc->supportsProcesses()) {

        // Start the AudioFlinger
      AudioFlinger::instantiate();

        // Start the media playback service
      MediaPlayerService::instantiate();

        // Start the camera service
      CameraService::instantiate();

        // Start the audio policy service
       AudioPolicyService::instantiate();
    }

    最後通過如下代碼:

   LOGI("System server: starting Android services.\n");
    runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

回到SystemServer.java，調用init2()：

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

         Init2啟動一個線程，專門用來啟動java空間的所有服務。如下代碼所示啟動部分服務：

           Slog.i(TAG, "Content Manager");
            ContentService.main(context,
                    factoryTest == SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL);

            Slog.i(TAG, "System Content Providers");
            ActivityManagerService.installSystemProviders();

            Slog.i(TAG, "Battery Service");
            battery = new BatteryService(context);
            ServiceManager.addService("battery", battery);

            Slog.i(TAG, "Lights Service");
            lights = new LightsService(context);

            Slog.i(TAG, "Vibrator Service");
            ServiceManager.addService("vibrator", new VibratorService(context));

            // only initialize the power service after we have started the
            // lights service, content providers and the battery service.
          power.init(context, lights, ActivityManagerService.getDefault(), battery);

            Slog.i(TAG, "Alarm Manager");
            AlarmManagerService alarm = new AlarmManagerService(context);
            ServiceManager.addService(Context.ALARM_SERVICE, alarm);

並且把這些服務添加到ServiceManager中，以便管理和進程間通訊。

在該線程後半部分，ActivityManagerService會等待AppWidget、WallPaper、IMM等systemReady後調用自身的systemReady()。

           ((ActivityManagerService)ServiceManager.getService("activity"))
                    .setWindowManager(wm);

            // Skip Bluetooth if we have an emulator kernel
            // TODO: Use a more reliable check to see if this product should
            // support Bluetooth - see bug 988521
            if (SystemProperties.get("ro.kernel.qemu").equals("1")) {
                Slog.i(TAG, "Registering null Bluetooth Service (emulator)");
                ServiceManager.addService(BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE, null);
            } else if (factoryTest == SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
                Slog.i(TAG, "Registering null Bluetooth Service (factory test)");
                ServiceManager.addService(BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE, null);
            } else {
                Slog.i(TAG, "Bluetooth Service");
                bluetooth = new BluetoothService(context);
                ServiceManager.addService(BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE, bluetooth);
                bluetooth.initAfterRegistration();
                bluetoothA2dp = new BluetoothA2dpService(context, bluetooth);
                ServiceManager.addService(BluetoothA2dpService.BLUETOOTH_A2DP_SERVICE,
                                          bluetoothA2dp);

                int bluetoothOn = Settings.Secure.getInt(mContentResolver,
                    Settings.Secure.BLUETOOTH_ON, 0);
                if (bluetoothOn > 0) {
                    bluetooth.enable();
                }
            }

    而在ActivityManagerService的systemReady()最後會執行如下代碼：

           mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);

    由於Activity管理棧為空白，因此啟動Launcher。

       // Find the first activity that is not finishing.
        ActivityRecord next = topRunningActivityLocked(null);

        // Remember how we'll process this pause/resume situation, and ensure
        // that the state is reset however we wind up proceeding.
        final boolean userLeaving = mUserLeaving;
        mUserLeaving = false;

        if (next == null) {
            // There are no more activities!  Let's just start up the
            // Launcher...
            if (mMainStack) {
                return mService.startHomeActivityLocked();
            }
        }

    在startHomeActivityLocked()中建立一個帶Category為CATEGORY_HOME的Intent，由此去啟動相應Activity，即Launcher。

       Intent intent = new Intent(
            mTopAction,
            mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);
        intent.setComponent(mTopComponent);
        if (mFactoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
            intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);
        }

    這樣，Android系統便啟動起來進入到待機介面。