Android开机启动过程

Android开机图解.png Android开机图解2

Android系统启动过程

• BootLoader与Linux内核启动
• init进程
• zygote进程
• systemServer启动

init进程

init进程是Android系统启动的第一个进程。
init进程main方法做了如下工作：

• first stage 初始化环境变量和各种文件系统目录，klog初始化等
• selinux相关初始化完成，然后切换second stage 重启init进程
• 属性服务初始化，将各种系统属性默认值填充到属性Map中
• 创建epoll描述符结合注册socket监听，处理显示启动进程和挂掉的子进程重启
• 解析init.rc。把各种action、service等解析出来的填充到相应链表容器管理
• 有序将early-init、init等各种cmd加入到执行队列action_queue链表中
• 进入while()循环依次取出执行队列action_queue中的command执行，fork包括app_process在内的各种进程，epoll阻塞监听处理来自挂掉的子进程的消息，根据设定策略restart子进程。

zygote进程

Zygote初始化时会创建创建虚拟机，同时把需要的系统类库和资源文件加载到内存里面。Zygote fork出子进程后，这个子进程也继承了能正常工作的虚拟机和各类系统资源，接下来子进程只需要装载APK文件的字节码文件就可以运行了。这样应用程序的启动时间就会大大缩短。
Zygote创建应用程序时却只使用了fork，没有调用exec。Android应用中执行的是Java代码，Java代码的不同才造成了应用的区别，而对于运行Java的环境，要求却是一样的。如下图：

Zygote进程load Apk应用

Zygote进程创建AppRuntime对象。
AndroidRuntime类是安卓底层系统超级重要的一个类，它负责启动虚拟机以及Java线程。AndroidRuntime类是在一个进程中只有一个实例对象，并将其保存在全局变量gCurRuntime中。

AndroidRuntime类的start函数其实主要就是做了3件事情:

• 创建了一个JniInvocation的实例，并且调用它的成员函数init来初始化JNI环境。
• 调用AndroidRuntime类的成员函数startVm来创建一个虚拟机即其对应的JNI接口，即创建一个JavaVM接口和一个JNIEnv接口
• 有了上述的JavaVM接口和JNIEnv接口之后，就可以在Zygote进程中加载指定的class了。

在AndroidRuntime中又创建了一个Runtime实例（Runtime在ART中代表Java的运行时环境。一个进程只有一个ATR虚拟机，一个ART虚拟机只有一个Runtime）。

在Runtime（Java运行时环境）准备完毕之后，Zygote会调用Java的初始化代码做如下工作：

• 解析调用的参数，即argv[]，通过for循环遍历解析，通过string的方法来判断，主要出是初始化startSystemServer、abiList和socketName变量
• 调用registerZygoteSocket(socketName)方法注册Zygote的socket监听接口，用来启动应用程序的消息
• 调用preload()方法装载系统资源，包括系统预加载类、Framework资源和openGL的资源。这样当程序被fork处理后，应用的进程内已经包含了这些系统资源，大大节省了应用的启动时间。
• 调用startSystemServer()方法启动SystemServer进程。
• 调动runSelectLooper方法进入监听和接收消息的循环。

预加载系统类和资源

预加载过程：

• 预加载Java类
• 预加载资源
• 预加载OpenGL资源
• 预加载文本资源
• 初始化WebView

zygote启动过程总结

• 创建AppRuntime对象，并且调用其start函数。之后zygote的核心初始化都由AppRuntime中。
• 调用startVm创建Java虚拟机，然后调用startReg来注册JNI函数
• 通过JNI调用com.android.internal.os.ZygoteInit的main函数，从此进入了Java世界
• 调用registerZygoteSocket创建可以响应子孙后台请求的socket。同时zygote调用preload函数预加载常用的类、资源等，为Java世界添砖加瓦
• 调用startSystemServer函数fork一个system_server来为Java服务
• Zygote完成了Java的初始工作后，便调用runSelectLoop来让自己无限循环等待。之后，如果收到子孙后台的请求，它便会醒来为他们工作。

SystemServer

SystemServer是Android系统的核心之一，大部分Android提供的服务都运行在这个进程里，SystemServer中运行的服务总共有60多种。为了防止应用进程对系统造成破坏，Android的应用进程没有权限直接访问设备的底层资源，只能通过SystemService中的代理访问。通过Binder，用户进程在使用SystemService中的服务并没有太多不便变之处。

SystemServer的主要工作如下：

• 调用createSystemContext()来创建系统上下文
• 创建SystemServiceManager
• 启动各种服务

初始化系统上下文——createSystemContext()方法解析

• 获取系统Context，即getSystemContext()

  • LoadApk对象的实例化
    LoadApk对象用来保存一个apk信息，这个构造方法中会将使用的包名指定为"android"。
    而framework-res.apk的包名为"android"。因此，getSystemServer()方法返回mSystemContext对象所对应的apk文件即是framework-res.apk
  • ContextImpl对象的实例化
    我们知道首次执行getSystemContext，会创建LoadedApk和contextImpl对象，接下来利用刚创建的LoadedApk对象来创建新的ContextImpl对象。

• 创建activityThread对象——ActivityThread.systemMain()方法研究
  ActivityThread是一个Application的主线程类，(记住，它不是Thread，因为它既没有继承Thread，也没有实现Runnable)
  由于SystemServer不是一个应用程序，但是这里为什么还要创建ActivityThread？因为SystemServer不仅仅是一个后台进程，同时它还是一个运行着组件的Service进程，很多系统的对话框就是从SystemServer中显示出来的，因此，SystemServer本身也需要一个和APK应用类似的上下文环境。

  • 创建ActivityThread实例
    1. 创建ApplicationThread对象。用于基于的BinderIPC通信
    2. 创建H对象mH，以及主线程的Looper对象mLooper
  • ActivityThread的attach(boolean)方法的解析
    1. 创建Instrumentation对象
    2. 通过调用ContextImpl.createAppContext方法来创建ContextImpl对象
    3. 通过调用context.mPackageInfo.makeApplication创建mInitialApplication对象
    4. 调用mInitialApplication对象的onCreate()

      DropBox：DropBox是Android在Froyo(API 8)中引用的用来持续化存储系统数据的机制，主要记录Android运行过程中、内核、系统进程、用户进程等出现严重问题时的log，可以认为这是一个可持续存储的系统级别的log
      Instrumentation：一个应用进程，对应一个Instrumentation，这个类的对象，会被优先创建出来，然后通过它来创建其他组件，它也是系统与其他组件交互的桥梁，因此通过它可以监听组件和系统之间的各种交互。
      LoadedApk：在讲解APK安装的时候我们说过，一个应用对应一个LoadedApk对象，里面包含了整个APK的相关信息。其中context.mPackageInfo是一个LoadedApk对象
    

    • ContextImpl.createAppContext方法的解析
      直接new了一个ContextImpl对象
    • LoadedApk.makeApplication方法的解析
      • LoadedApk的getClassLoader()方法的解析
        区分是否是系统进程，系统进程通过ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取系统的类加载器。
      • Instrumentation的newApplication(cl, appClass, appContext)方法的解析
        通过反射来创建一个Application的实例，最后调用attach(context)来绑定一个Context。

创建SystemServiceManager

把SystemServiceManager放到LocalServicesd的sLocalServiceObjects中，其中sLocalServiceObjects是一个ArrayMap。这样后面在通过类名，就可以找到SystemServiceManager的对象了。

启动各种服务

• startBootstrapServices();
• startCoreServices();

• startOtherServices();

  
  system_server服务的启动流程

启动Launcher

SystemServer.java的startOtherServices()方法里面调用 mActivityManagerService.systemReady()方法，里面又会调用startHomeActivityLocked(mCurrentUserId, "systemReady");最后会调用startHomeActivity(Intent,ActivityInfo,String)方法。

总结

参考文献

Android启动流程系列