安卓系統啟動過程

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韓夢飛沙 yue31313 韓亞飛 han_meng_fei_sha [email protected]

 

android啟動圖示

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當你按下電源開關後Android裝置執行了以下步驟。

此處圖片中step2中的一個單詞拼字錯了，Boot Loaeder應該為Boot Loader

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第一步：啟動電源以及系統啟動

當電源按下，引導晶片代碼開始從預定義的地方（固化在ROM）開始執行。載入引導程式到RAM，然後執行。

第二步：引導程式

引導程式是在Android作業系統開始運行前的一個小程式。引導程式是啟動並執行第一個程式，因此它是針對特定的主板與晶片的。裝置製造商要麼使用很受歡迎的引導程式比如redboot、uboot、qi bootloader或者開發自己的引導程式，它不是Android作業系統的一部分。引導程式是OEM廠商或者電訊廠商加鎖和限制的地方。

引導程式分兩個階段執行。第一個階段，檢測外部的RAM以及載入對第二階段有用的程式；第二階段，引導程式設定網路、記憶體等等。這些對於運行核心是必要的，為了達到特殊的目標，引導程式可以根據配置參數或者輸入資料設定核心。

Android引導程式可以在\bootable\bootloader\legacy\usbloader找到。
傳統的載入器包含的個檔案，需要在這裡說明：

1. init.s初始化堆棧，清零BBS段，調用main.c的_main()函數；
2. main.c初始化硬體（鬧鐘、主板、鍵盤、控制台），建立linux標籤。

更多關於Android引導程式的可以在這裡瞭解。

第三步：核心

Android核心與案頭linux核心啟動的方式差不多。核心啟動時，設定緩衝、被保護儲存空間、計劃列表，載入驅動。當核心完成系統設定，它首先在系統檔案中尋找”init”檔案，然後啟動root進程或者系統的第一個進程。

第四步：init進程

init是第一個進程，我們可以說它是root進程或者說有進程的父進程。init進程有兩個責任，一是掛載目錄，比如/sys、/dev、/proc，二是運行init.rc指令碼。

• init進程可以在/system/core/init找到。
• init.rc檔案可以在/system/core/rootdir/init.rc找到。
• readme.txt可以在/system/core/init/readme.txt找到。

對於init.rc檔案，Android中有特定的格式以及規則。在Android中，我們叫做Android初始化語言。
Android初始化語言由四大類型的聲明組成，即Actions（動作）、Commands（命令）、Services（服務）、以及Options（選項）。
Action（動作）：動作是以命令流程命名的，有一個觸發器決定動作是否發生。
文法

 

  

12345

; html-script: false ]    on <trigger>        <command>        <command>        <command>

 

Service（服務）：服務是init進程啟動的程式、當服務退出時init進程會視情況重啟服務。
文法

 

  

12345

; html-script: false ]service <name> <pathname> [<argument>]*    <option>    <option>    ...

 

Options（選項）
選項是對服務的描述。它們影響init進程如何以及何時啟動服務。
咱們來看看預設的init.rc檔案。這裡我只列出了主要的事件以及服務。
Table

Action/Service	描述
on early-init	設定init進程以及它建立的子進程的優先順序，設定init進程的安全環境
on init	設定全域環境，為cpu accounting建立cgroup(資源控制)掛載點
on fs	掛載mtd分區
on post-fs	改變系統目錄的存取權限
on post-fs-data	改變/data目錄以及它的子目錄的存取權限
on boot	基本網路的初始化，記憶體管理等等
service servicemanager	啟動系統管理器管理所有的本地服務，比如位置、音頻、Shared preference等等…
service zygote	啟動zygote作為應用進程

在這個階段你可以在裝置的螢幕上看到“Android”logo了。

第五步

在Java中，我們知道不同的虛擬機器執行個體會為不同的應用程式指派不同的記憶體。假如Android應用應該儘可能快地啟動，但如果Android系統為每一個應用啟動不同的Dalvik虛擬機器執行個體，就會消耗大量的記憶體以及時間。因此，為了克服這個問題，Android系統創造了”Zygote”。Zygote讓Dalvik虛擬機器共用代碼、低記憶體佔用以及最小的啟動時間成為可能。Zygote是一個虛擬器進程，正如我們在前一個步驟所說的在系統引導的時候啟動。Zygote預先載入以及初始化核心庫類。通常，這些核心類一般是唯讀，也是Android SDK或者核心架構的一部分。在Java虛擬機器中，每一個執行個體都有它自己的核心庫類檔案和堆對象的拷貝。

Zygote載入進程

1. 載入ZygoteInit類，原始碼：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
2. registerZygoteSocket()為zygote命令串連註冊一個伺服器通訊端。
3. preloadClassed “preloaded-classes”是一個簡單的包含一系列需要預先載入類的文字檔，你可以在<Android Source>/frameworks/base找到“preloaded-classes”檔案。
4. preloadResources() preloadResources也意味著本地主題、布局以及android.R檔案中包含的所有東西都會用這個方法載入。

在這個階段，你可以看到啟動動畫。

第六步：系統服務或服務

完成了上面幾步之後，運行環境請求Zygote運行系統服務。系統服務同時使用native以及java編寫，系統服務可以認為是一個進程。同一個系統服務在Android SDK可以以System Services形式獲得。系統服務包含了所有的System Services。

Zygote建立新的進程去啟動系統服務。你可以在ZygoteInit類的”startSystemServer”方法中找到原始碼。

核心服務：

1. 啟動電源管理器；
2. 建立Activity管理器；
3. 啟動電話註冊；
4. 啟動包管理器；
5. 設定Activity管理服務為系統進程；
6. 啟動上下文管理器；
7. 啟動系統Context Providers；
8. 啟動電池服務；
9. 啟動定時管理器；
10. 啟動感測服務；
11. 啟動視窗管理器；
12. 啟動藍芽服務；
13. 啟動掛載服務。

其他服務：

1. 啟動狀態列服務；
2. 啟動硬體服務；
3. 啟動網路狀態服務；
4. 啟動網路連接服務；
5. 啟動通知管理器；
6. 啟動裝置儲存監視服務；
7. 啟動定位管理器；
8. 啟動搜尋服務；
9. 啟動剪下板服務；
10. 啟動登記服務；
11. 啟動壁紙服務；
12. 啟動音頻服務；
13. 啟動耳機監聽；
14. 啟動AdbSettingsObserver（處理adb命令）。

第七步：引導完成

一旦系統服務在記憶體中跑起來了，Android就完成了引導過程。在這個時候“ACTION_BOOT_COMPLETED”開機啟動廣播就會發出去。

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Linux核心啟動之後就到Android Init進程，進而啟動Android相關的服務和應用。

啟動的過程如所示

　　　 

Android系統啟動過程 

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Android的啟動過程可以分為兩個階段，第一階段是Linux的啟動，第二階段才是Android的啟動，下面我們分別來瞭解一下具體的過程。

首先是Linux啟動，這一部分我想就可以略過了，無非是Linux的Bootloader，Kernel，Driver之類的，在這裡唯一要提到 的就是ServiceManager，即服務管理員，這個是做為一個進程在Android載入之前就被啟動了，我們可以從init.rc中看到這個配置 項：

service servicemanager /system/bin/servicemanager

ServiceManager是Binder的服務管理守護進程，是Binder的核心，由其使用Binder驅動進行IPC管理，關於IPC通訊 的機制，此處不再詳述。在APP和Framework中，應用程式使用的ServiceManager.java就是通過Proxy與這個守護進程進行的 通訊。

然後是Android的啟動，接下來要詳細描述的部分。我們還是先看一下init.rc中的配置

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

即linux啟動以後，啟動zygote服務進程，這個進程恰如其名：孵化器，是所有Android應用程式的孵化器。

我們來看一下app_process的代碼，位置是在：

frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp

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);         }

從中可以追蹤到AndroidRuntime，代碼位於：

frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

在start()函數中有如下代碼：

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

即先啟動了虛擬機器，然後利用JNI調用了zygoteInit函數。

繼續追蹤到frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java的main()函數，代碼如下：

    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();    }

前一部分是在啟動系統服務，後一部分是雖然是一個條件判斷，但ZYGOTE_FORK_MODE被賦了false，所以進行else分支的 runSelectLoopMode()函數，在該函數中，實際上是在一死迴圈中利用zygoteConnection類通過socket的方式進行訊息 處理，用於fork出新的zygote，從而以最輕量級的方式實現每個進程一個虛擬機器的機制。

繼續來看startSystemServer()，代碼位於：

frameworks/base/services/java/com/android/server/systemserver.java

在其main()函數中調用了init1(args)這個native函數，利用JNI機制，跟蹤至

frameworks/base/services/jni/com_android_server_systemService.cpp，然後到

frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp

在system_init()函數中有如下代碼

    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的執行個體化，然後利用運行時的callStatic()函數調用了SystemServer的init2()函數，這個函數位於：

frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

代碼是：

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

在這個ServerThread線程中，可以看到我們熟悉的Android服務了，比如WallpaperService服務的啟動：

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);}

最後，調用各服務的systemReady()函數通知系統就緒。

至此，系統的啟動過程結束

從這裡可以看出，linux的init在啟動若干守護進程之後，就啟動了Android的runtime和zygote，zygote再啟動虛擬機器，系統 服務，系統服務再啟動完本地服務後，又啟動了若干Android服務，並完成向ServiceManager的註冊工作，最後系統啟動完成。系統的進程空 間如所示：

可見，由zygote孵化器為各進程以寫時複製的方式用最小的代價實現了虛擬機器。

至此，系統的啟動過程結束，借用兩張圖來說明問題：

從這裡可以看出，linux的init在啟動若干守護進程之後，就啟動了Android的runtime和zygote，zygote再啟動虛擬機器，系統服務，系統服務再啟動完本地服務後，又啟動了若干Android服務，並完成向ServiceManager的註冊工作，最後系統啟動完成。系統的進程空間如所示：

可見，由zygote孵化器為各進程以寫時複製的方式用最小的代價實現了虛擬機器。

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安卓系統啟動過程