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当我们按下电源键，Android 究竟做了些什么？

2018年11月13日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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本文由发表于云+社区专栏

相信我们对android系统都不陌生，而android系统博大精深，被各种各样的智能设备承载的同时，我们会否好奇过，如此复杂的android究竟是怎么运作起来的呢？借本文给大家分享，笔者对android 系统启动流程的整体理解~

imghi, i'm android

现在，按下电源键

下面是android启动的核心步骤流程图，看文字的时候，记得回来对照图来理解喔，希望阅读全文后，回观流程图，会有恍然大悟的感觉，那么文章的目的就达到啦~

img整体流程

一、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。

二、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。

1 两个阶段

  1. 检测外部 ram 以及为第二阶段加载程序
  2. 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）

2 引导程序的加载器

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：

  1. init.s 初始化堆栈，清零bss段，会调用 main.c 中的 _main()函数 （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）
  2. main.c 初始化硬件，创建 linux 标签

三、内核启动

android 内核启动方式类似桌面 linux，主要步骤：

1. 设置缓存

2. 被保护存储器

3. 计划列表

4. 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

四、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
  • 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
  • options:对 service 的约束选项

五和六、 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：

1 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。

2. 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

  • 预装载各种系统类

  • 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

    ）

    1. 解析init.zygote.rc中的参数，创建appruntime并调用appruntime.start()方法；
    2. 调用androidruntime的startvm()方法创建虚拟机，再调用startreg()注册jni函数；
    3. 通过jni方式调用zygoteinit.main()，第一次进入java世界；
    4. registerzygotesocket()建立socket通道，zygote作为通信的服务端，用于响应客户端请求；
    5. 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；
    6. 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。
    7. 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logo就出来了。

（注意：这里并不包括开机动画，而是开机前 “android” logo 出现的那个画面，开机动画出现之前还需要进行各种加载，开机动画是在“android” logo 出现之后才播放的）

3. 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：
  • 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）
  • 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）
  • 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

后语

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

  • 《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

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