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Android系統開機主要經曆三個階段：

1. bootloader啟動
2. Linux啟動
3. Android啟動

 

開機檔案：

對於機器從通電到載入Linux系統一般需要三個檔案：bootloader(引導檔案)、kernel(核心檔案)、rootfs (根檔案系統 能讓作業系統正常啟動並執行檔案夾和檔案的大集合，在Android中是ramdisk)。這些檔案在ROM Build的時候會編譯成IMAGE的形式打包到ROM中。

 

Android系統主要分為兩個區。system分區包含有Android運行時架構、系統APP以及預裝的第三方APP等；boot分區包含有kernel。刷入到system分區和boot分區的兩個鏡像稱為system.img和boot.img

 

Ramdisk 是將一部分固定大小的RAM空間類比出硬碟分區，在引導時核心以唯讀方式掛載它。它並非一個實際的檔案系統，而是一種將實際的檔案系統裝入記憶體的機制，並且可以作為根檔案系統。將一些經常被訪問而又不會更改的檔案 ( 如唯讀根檔案系統 ) 通過 Ramdisk 放在記憶體中，可以明顯地提高系統的效能。但是對於這些檔案的修改，掉電後就會丟失，只能修改IMG並重刷。

 

ramdisk.img是一個唯讀image分區，包含了Linux主要的目錄機構，可以單獨編譯或編譯到核心。主要是存放android啟動後第一個使用者進程init可執行檔和init.*.rc等相關啟動指令碼以及sbin目錄下的adbd工具。而system, data，dev，proc，sys等目錄都是空的，用來掛載對應的分區的。

 

通過刷機可以將這些IMG檔案刷入到手機的Flash儲存中。而一般手機Flash主要有兩類：

 

NOR Flash：特點是晶片內執行(XIP, eXecute In Place)，這樣應用程式可以直接在flash快閃記憶體內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的效能。

NAND Flash

NAND結構能提供極高的單元密度，可以達到高儲存密度，並且寫入和擦除的速度也很快。

 

啟動流程：

1． Bootloader啟動

bootloader是嵌入式系統的引導載入程式，是系統通電後啟動並執行第一段程式，主要作用是引導作業系統，類似PC上的BIOS程式。一般會分為BL1和BL2兩個階段，分別是初始化硬體和載入作業系統。準系統如下：

a)        硬體裝置初始化：主要包括屏蔽所有中斷，設定CPU的速度和時鐘頻率，關閉處理器內部指令，資料cache等；

b)        初始化RAM：設定CPU寄存器，為載入Kernel做準備；

c)        初始化串口：主要用來進行互動，輸出調試資訊；

d)        檢查CPU類型： Linux核心啟動時需要根據CPU類型調用相應的初始化程式；

e)        設定Linux啟動參數： Linux會根據參數進行相應的初始化操作；

f)         調用Linux Kernel Image：載入kernel和ramdisk到RAM指定地址，並轉跳到此地址開始執行Kernel的第一條指令。

 

啟動bootloader過程：

當機器通電後，ARM CPU的PC(程式計數器)寄存器的值是0x0，於是CPU會從這個地址取指令執行，所有嵌入式裝置都會把相關的ROM或Flash映射到這個地址（通過硬體引腳電平高低實現http://blog.csdn.net/yapingmcu/article/details/7248890）。如果bootloader存放在NOR Flash中，則0x0就是Flash中第一條指定地址，一般BL1在NOR中執行，而BL2載入到RAM執行提高速度； 如果存放在NANDFlash中，則需要將BL1載入到RAM執行，然後載入並執行BL2，不同晶片載入BL1的這個過程是不同的。

 

Bootloader還支援互動式啟動，在BL1完成後不是馬上執行BL2，而是等待使用者操作，這種啟動模式就叫做fastboot。

 

2． Linux啟動

a)        Kernel鏡像zImage解壓

b)        Kernel的彙編啟動: 根據BL中傳遞的參數，執行相應的初始化操作（與硬體平台相關），主要的一步是建立頁表，為核心建立4M的記憶體映射

c)        Kernel 的C啟動：執行init/main.c中start_kernel方法。它主要完成剩餘的與硬體平台相關的初始化操作。初始化核心進程調度器和中斷處理函數、建立檔案和系統緩衝、初始化記憶體管理MMU、初始化記憶體。

d)        rest_init()函數，kernel_thread()啟動第一個核心線程執行kernel_init()

                        i.             載入系統裝置和驅動程式，並進行初始化

                      ii.             載入Binder，建立/dev/binder裝置檔案，並註冊為misc裝置

                     iii.             將ramdisk作為rootfs掛載到根目錄/

                     iv.             調用execve()建立系統的第一個使用者進程Init (/system/core/init/init.c)

                      v.             解析並執行Init.rc檔案，啟動系統服務，此時線程進入使用者空間運行。

 

3． Android啟動

 

a)        解析並執行init.rc檔案(\system\core\rootdir\init.rc) (Android系統啟動過程比PC要簡單，init.rc與PC的內容也不相同，包含了4種不同操作稱為AndroidInit Launage 在system/core/Init/readme.txt有具體描述)

b)        建立dev、proc、system、data等目錄並掛載對應的分區，設定目錄和檔案的使用者和許可權。

c)        執行四種操作中的Action和Commands，然後啟動Native 空間的Service如console、adbd、vold、netd、media、ril-daemon、surfaceflinger、ril-daemon等等。

d)        啟動ServiceManager服務：是Binder的守護進程，主要負責整個系統service的管理，系統中所有的服務都必須在SMgr中註冊，擷取服務是也需要向Smgr申請，通過它獲得遠程服務的Binder實體。Android的IPC由Client、Service、ServiceManager和Binder組成，Binder驅動完成實際IPC功能，而SMgr則對service進行管理。

（frameworks\native\cmds\servicemanager\service_manager.c）

 

e)        啟動Zygote服務： Zygote進程也叫孵化進程，Android世界中所有的進程都是從此進程孵化而來(fork())，它負責應用程式架構層的其它進程的建立和啟動工作。

(frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp) (Android L中啟動Zygote的指令碼不在init.rc檔案中，而是有單獨的init.zygote_xx.rc檔案來啟動，用於支援64位作業系統)

 

                           i.             Zygote建立AppRuntime並啟動，調用startVm，裡面會調用JNI_CreateJavaVM來啟動Davlik虛擬機器。並載入需要的庫和jar包，這樣每次fork出新的進程就不需要在載入VM了。

                          ii.             調用startReg()註冊Android的JNI方法

                        iii.             通過JNI從Native層調用Java層的com.android.internal.os.ZygoteInit類的main函數，這個函數主要做了下面3件事情：

1. Zygote註冊一個socket用了進行進程通訊，當我們需要啟動一個Android應用程式時，AMS會通過Socket通知Zygote為這個應用程式建立一個新的進程。
2. Zygote進程fork出一個SystemServer進程，SystemServer進程負責啟動系統的關鍵服務，如包管理服務PackageManagerService和應用程式組件管理服務ActivityManagerService。具體運行過程見f
3. Zygote執行runSelectLoopMode進入迴圈來監聽socket請求

f)         運行SystemServer：被建立後會運行handleSystemServerProcess(),此進程將負責啟動其他的Android服務

(frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java)

                        i.             關閉進程中的socket，因為是從Zygote進程fork出來的，但不需要使用。

                      ii.             載入libandroid_servers.so

                     iii.             執nativeInit ()啟動Native空間的Sensor Service，並註冊到ServiceManager (frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_SystemServer.cpp)

                     iv.             執行ServerThread.initAndLoop()啟動Java空間的Service，並註冊到ServiceManage(主要包括AMS/WMS/ConnectivityService/InputManagerService等)

                      v.             調用每個service的systemReady方法通知service系統已經啟動完成

                     vi.             調用Looper.loop() 在主線程啟動訊息迴圈

 

PS: 我看Kitkat代碼和網上介紹的老版本不太一樣，老版本使用init1()和init2()兩個函數來啟動Native和Java的Service，而且init1中啟動了很多service，主要包括：Sensor/AudioFlinger/MediaPlayer/Camera/AudioPolicy，而這裡只啟動了sensor的服務。還不知道其他服務在那裡啟動。

 

g)        啟動Home：

                        i.             AMS的systemReady方法被調用，其中會調用resumeTopActivityLocked()

                      ii.             最終會調用到ActivityStack.java中的resumeTopActivityLocked

                     iii.             發現沒有其他任何的Activity，調用ActivityStackSupervisor.resumeHomeActivity

                     iv.             getHomeIntent擷取intent, Intent的category為Intent.CATEGORY.HOME,然後調用AMS.startHomeActivityLocked傳遞Intent

                      v.             調用ActivityStackSupervisor. startHomeActivity, 調用startActivityLocked()

                     vi.             通過resolveActivityInfo函數向 PackageManagerService 查詢 CATEGORY 類型為 HOME 的應用

                   vii.             最後AMS會通知Zygote啟動一個新的進程

h)        至此Android系統啟動過程全部完成

 

 

 

參考：

 

ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash ROM的區別

 

Linux下Fork與Exec使用

http://www.cnblogs.com/hicjiajia/archive/2011/01/20/1940154.html

 

ARM Linux啟動過程分析

http://www.go-gddq.com/html/QianRuShiXiTong-JiShu/2012-08/1042290p2.htm

 

Android armlinux kernel啟動流程

http://blog.csdn.net/yili_xie/article/details/5716837

 

Android的init過程詳解（一）

http://www.cnblogs.com/nokiaguy/archive/2013/04/14/3020774.html

 

Android的init過程（二）：初始化語言（init.rc）解析

http://www.cnblogs.com/nokiaguy/p/3164799.html

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