详解 Android 系统启动流程

作者: 小杨哥聊Android | 来源:发表于2022-09-26 16:25 被阅读0次

系统启动流程大致分以下五步：

Loader（加载引导程序Boot Loader）
Kernel（Linux内核层）
Native（init进程）
Framework（Zygote进程/SystemServer进程）
Application（应用层/Launcher进程）

源码阅读地址参考（Android10）：
www.androidos.net.cn/android/10.…

Loader

从ROM中加载BootLoader到RAM（这一步由芯片公司执行）
BootLoader：启动Android系统之前的引导程序，检测RAM，初始化硬件参数

Kernel

内核层，启动第一个进程：Swapper进程（pid=0），又称idle进程，用于初始化进程管理、内存管理、加载显示、相机、Binder等驱动

启动kthreadd进程（pid=2）,是linux系统的内核进程，是所有内核进程的鼻祖，会创建内核工作线程，内核守护进程等

Kernel设置完成后，开始启动init进程

Native

启动init进程(pid=1)，是Linux系统的用户进程，是所有用户进程的鼻祖，fork出一些用户守护进程，启动servicemanager，开机动画等（后续会详细介绍次阶段）

init进程fork出Zygote进程（解析init.rc文件来启动Zygote进程），Zygote是第一个虚拟机进程，创建虚拟机，注册JNI函数等

init进程fork出MediaServer进程，负责启动和管理整个C++ framework，包含AudioFlinger，CameraService等服务

Framework

Zygote进程启动后，加载ZygoteInit.java类，注册ZygoteScoket，加载虚拟机，加载类，加载系统资源，fork SystemServer进程，SystemServer是Zygote进程孵化的第一个进程，负责启动和管理整个Java framework

Application

SystemServer进程会启动Launcher进程，即桌面App

Native层

我们从Native层启动init进程开始 /system/core/init/main.cpp
init进程启动从system/core/init/main.cpp的main函数开始

int main(int argc, char** argv) {
    ……
    if (argc > 1) {
       ……
        if (!strcmp(argv[1], "selinux_setup")) {
            return SetupSelinux(argv);
        }
        if (!strcmp(argv[1], "second_stage")) {
            return SecondStageMain(argc, argv);
        }
    }
    return FirstStageMain(argc, argv);
}

/system/core/init/first_stage_init.cpp
先执行FirstStageMain
/system/core/init/selinux.cpp
再执行SetupSelinux
/system/core/init/init.cpp
最后执行SecondStageMain
在SecondStageMain中执行了LoadBootScripts，在LoadBootScripts中可以看到，解析了init.rc文件

int SecondStageMain(int argc, char** argv) {
    ……
    LoadBootScripts(am, sm);
    ……
}

static void LoadBootScripts(……) {
    ……
    if (bootscript.empty()) {
        parser.ParseConfig("/init.rc");
        ……
    }
    ……
}

/system/core/rootdir/init.rc

……
import /init.${ro.zygote}.rc
……
//解析时启动了ServiceManager
start servicemanager
……
start zygote
start zygote_secondary
……

/frameworks/native/cmds/servicemanager/servicemanager.rc

service servicemanager /system/bin/servicemanager
......

以服务的形式启动一个名为“servicemanager”的进程，执行路为/system/bin/servicemanager
对应的源文件为service_manager.c 找到这个类中的入口函数 main 函数.（这里暂时不做介绍，后续会有专门的失眠系列来介绍servicemanager如何启动）

终于到了比较熟悉的环节，我们以init.zygote64_32.rc为例 /system/core/rootdir/init.zygote64_32.rc

service zygote  /system/bin/app_process64 ……  —socket-name=zygote
......
service zygote_secondary  /system/bin/app_process32 ……
......

init进程以服务的形式启动一个名为“zygote”的进程，执行路为/system/bin/app_process64
创建名为zygote的socket，用于后续IPC
创建了名为“zygote_secondary”的进程，用于适配不用的abi架构

/frameworks/base/cmds/app_process64/app_main.cpp app_main.cpp中的main作为Zygote启动的入口

int main(int argc, char* const argv[]){
    ......
    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
    ......
    while (i < argc) {
        const char* arg = argv[i++];
        if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
            zygote = true;
            niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
        } else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
            startSystemServer = true;
        } else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
            application = true;
        } else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
            niceName.setTo(arg + 12);
        } else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
            className.setTo(arg);
            break;
        } else {
            --i;
            break;
        }
    }
    ......
    if (zygote) {
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
    } else if (className) {
        runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
    } else {
        ……
    }
}

创建AppRuntime(即AndroidRuntime)，调用start方法
由于zygote=true，调用runtime.start，执行ZygoteInit文件

/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

void AndroidRuntime::start(){
    ……
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);
    if (startReg(env) < 0) {
        ALOGE("Unable to register all android natives\n");
        return;
    }
    ……
}

int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env){
    ……   
    if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {
        env->PopLocalFrame(NULL);
        return -1;
    }
    ……
    return 0;
}

void AndroidRuntime::onVmCreated(){}

static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
    REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit), REG_JNI(register_com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit),
    ……
}

startVm启动虚拟机
执行onVmCreated方法，空方法
执行startReg方法
执行register_jni_procs方法，注册JNI函数
后续代码自行查看，反射调用Zygoteinit的main方法

Framework层

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

public static void main(String argv[]) {
    ZygoteServer zygoteServer = null;
    ……
    //预加载资源
    preload(bootTimingsTraceLog);
    ……
    final boolean isPrimaryZygote = zygoteSocketName.equals(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);
    zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);
    ……
    //fork systemserver进程
    if (startSystemServer) {
            Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);
            if (r != null) {
                r.run();
                return;
            }
    }
    ……
    caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
    ……
}

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.java

ZygoteServer(boolean isPrimaryZygote) {
    ……
    if (isPrimaryZygote) {
    mZygoteSocket = Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);
    ……
    }
    ……
}

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java

static LocalServerSocket createManagedSocketFromInitSocket(String socketName) {
    ……
    FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
    fd.setInt$(fileDesc);
    return new LocalServerSocket(fd);
    ……
}

预加载资源（反射加载类，加载资源drawable / color资源，即com.android.internal.R.xxx开头的资源）
创建ZygoteServer对象，注册socket，zygote作为服务端，不断接受其他进程发来的消息
fork System Server（验证了System Server是Zygote进程孵化的第一个进程）
执行zygoteServer.runSelectLoop(abiList);无限循环等待AMS请求，代码如下： frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.java

Runnable runSelectLoop(String abiList) {
    while(true){
    ……
    final Runnable command = connection.processOneCommand(this);
    ……
    }
}

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java

Runnable processOneCommand(ZygoteServer zygoteServer) {
    ……
    args = Zygote.readArgumentList(mSocketReader);
    ……
    pid = Zygote.forkAndSpecialize(……);
    ……
}

通过socket，客户端connect，服务端accept，客户端write，服务端read，根据args中的各种参数，执行Zygote.forkAndSpecialize，即Zygote孵化子进程

启动 System Server

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName,ZygoteServer zygoteServer) {
    ……
    /* Request to fork the system server process */
    pid = Zygote.forkSystemServer(……)
    ……
    //创建成果，会返回父进程pid=0
    if (pid == 0) {
        ……
        zygoteServer.closeServerSocket();
        return handleSystemServerProcess(parsedArgs);
    }
}

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java

public static int forkSystemServer() {
    ……
    int pid = nativeForkSystemServer();
    ……
}

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

private static Runnable handleSystemServerProcess() {
    //先是创建了classloader cl，一路传下去
    ……
    return ZygoteInit.zygoteInit(……,cl);
}

public static final Runnable zygoteInit(cl) {
    ……
    return RuntimeInit.applicationInit(cl);
}

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java

protected static Runnable applicationInit() {
    ……
    return findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}

protected static Runnable findStaticMain(……) {
    //这里通过传来的cl，加载类，通过类找到方法(自行查看)
    ……
    return new MethodAndArgsCaller(m, argv);
}

static class MethodAndArgsCaller implements Runnable {
    ……
    public void run() {
        //这里反射执行该方法，即SystemServer的main方法
        mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
    }
}

fork SystemServer进程完成后，执行handleSystemServerProcess，一路跟踪下来，返回一个runnable，内部执行方法的调用，即通过反射机制执行SystemServer类的main函数

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

public static void main(String[] args) {
    new SystemServer().run();
}

private void run() {
    ……
    startBootstrapServices();
    startCoreServices();
    startOtherServices();
    ……
}

SystemServer.run中执行各种服务的初始化，其中startOtherServices中启动了launcher，即桌面app（这里暂时不做过多介绍，后续会有专门的失眠系列来介绍SystemServer如何启动，以及做了什么）

结尾：

失眠必读系列未完待续，有任何错误，虚心讨教，欢迎指正...

Android 系统启动流程
Service Manager 启动流程
System Server 启动流程
AMS 如何注册
Binder 源码阅读
Activity 启动流程
......

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详解 Android 系统启动流程

系统启动流程大致分以下五步：

Loader

Kernel

Native

Framework

Application

Native层

Framework层

启动 System Server

结尾：

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