框架

android 体系架构图

Android系统体系架构分为5层，自顶而下分别是：

• 应用程序框架（Application Framework）
• 进程通信层（Binder IPC）
• 系统服务层（Android System Services）
• 硬件抽象层（HAL）
  -- HAL 定义了一个标准接口用于硬件厂商的实现. HAL允许功能实现，而不会影响或修改上层的系统。HAL的实现被打包成模块（.so）文件，并在适当的时候被加载进Android系统。
• Linux内核（Linux Kernel）

启动概述

启动概述
Android系统底层基于Linux Kernel, 当Kernel启动过程会创建init进程, 该进程是所有用户空间的鼻祖, init进程会启动servicemanager(binder服务管家), Zygote进程(Java进程的鼻祖). Zygote进程会创建 system_server进程以及各种app进程，同时我们应该注意这里的 socket 通信 和 binder 通信

init启动

Kernel启动后，在用户空间启动init进程（init进程是Linux系统中用户空间的第一个进程，进程号固定为1），调用init中的main()方法执行init进程的职责，主要包括四部分：

• 信号处理 signal_handler_init()
  -- 初始化signal句柄；
  -- 循环处理子进程；
  -- 注册epoll句柄；
  -- 处理子进程的终止；
• 解析并运行所有的init.rc相关文件，根据rc文件，生成相应的设备驱动节点
  -- rc文件主要包含Action、Service、Command、Options，其中对于Action和Service的名称都是唯一的，对于重复的命名视为无效。

• 启动服务

  
  服务启动流程
• 属性服务。
  -- 当某个进程A，通过property_set()修改属性值后，init进程会检查访问权限，当权限满足要求后，则更改相应的属性值，属性值一旦改变则会触发相应的触发器（即rc文件中的on开头的语句)，在Android Shared Memmory（共享内存区域）中有一个system_property_area区域，里面记录着所有的属性值。对于进程A通过property_get（）方法，获取的也是该共享内存区域的属性值。

init进程执行的大体过程

• 创建一块共享内存空间，用于属性服务器
• 解析各个rc文件，并启动相应属性服务进程
• 初始化epoll，依次设置signal、property、keychord这3个fd可读时相对应的回调函数
• 循环执行如下：
  -- 检查action_queue列表是否为空，若不为空则执行相应的action
  -- 检查是否需要重启的进程，若有则将其重新启动
  -- 进入epoll_wait等待状态，直到系统属性变化事件(property_set改变属性值)，或者收到子进程的信号SIGCHLD，再或者keychord 键盘输入事件，则会退出等待状态，执行相应的回调函数。

Zygote 启动

• 它是android系统第一个java进程，是所有java进程的父进程，由于Android应用程序运行在各自独立的Dalvik虚拟机中，如果每个应用程序在启动之时都需要单独运行和初始化一个虚拟机，则会大大降低系统性能，因此Android首先创建一个zygote虚拟机，然后通过它孵化出其他的虚拟机进程，进而共享虚拟机内存和框架层资源，这样大幅度提高应用程序的启动和运行速度。
• 也就是说, Zygote进程会事先将应用程序要使用的Android Framework中的类与资源加载到内存中, 并组织形成所用资源的链接信息. 这样, 新运行的Android应用程序在使用所需资源时不必每次形成资源的链接信息, 这样就大大提升了程序的运行时间.
• Zygote进程就是init进程fork出来的. 但是, Zygote是由java编写而成的, 所以也要先初始化虚拟机, 由app_process进程装载并运行ZygoteInit类. 大体过程如下：app_process创建一个AppRuntime变量，然后调用它的start成员函数, 由于AppRuntime类没有重写start函数, 所以调用的是其父类AndroidRuntime中的start函数. 在这个start函数中, 它干了三件事: 一是调用函数startVM启动虚拟机，二是调用函数startReg注册运行ZygoteInit时需要调用的JNI本地方法，三是调用了com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数.

Zygote是由init进程通过解析init.zygote.rc文件而创建的，zygote所对应的可执行程序app_process，所对应的源文件是App_main.cpp，进程名为zygote。

Zygote 调用流程图

• 创建AppRuntime 并调用 AppRuntime.start() 方法
• 在 Runtime 中 startVM() 创建虚拟机， startReg() 注册 JNI 函数
• 通过 JNI 调用 ZygoteInit.main() ，进入 Java 环境
• registerZygoteSocket()建立socket通道。(zygote作为通信的服务端，用于响应客户端请求)
• preload() 预加载通用类、drawable和color 资源、openGL、共享库、WebView
• startSystemServer() fork 出system_server 进程
• 调用 runSelectLoop() 等待新的请求来将其唤醒并执行新的工作

总结

1. 系统启动时init进程会创建Zygote进程，Zygote进程负责后续Android应用程序框架层的其它进程的创建和启动工作。
2. Zygote进程会首先创建一个SystemServer进程，SystemServer进程负责启动系统的关键服务，如包管理服务PackageManagerService和应用程序组件管理服务ActivityManagerService。
3. 当我们需要启动一个Android应用程序时，ActivityManagerService会通过Socket进程间通信机制，通知Zygote进程为这个应用程序创建一个新的进程。

SystemServe 启动

StartSystemServer1.jpg

• 首先fork出一个子进程
• 初始化并配置zygote进程
• 由于startSystemServer起始于main 方法，通过抛出 MethodAndArgsCaller 异常来回到main方法，从而进入到 SystemServer.main() 方法
  注：

// ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
    try {
        startSystemServer(abiList, socketName);//启动system_server
        ....
    } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
        caller.run(); //【见小节13】
    } catch (RuntimeException ex) {
        closeServerSocket();
        throw ex;
    }
}
public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable {
    public void run() {
        try {
            //根据传递过来的参数，可知此处通过反射机制调用的是SystemServer.main()方法
            mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
        } catch (IllegalAccessException ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        } catch (InvocationTargetException ex) {
            Throwable cause = ex.getCause();
            if (cause instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) cause;
            } else if (cause instanceof Error) {
                throw (Error) cause;
            }
            throw new RuntimeException(ex);
        }
    }
}

SystemServer 的main方法会启动一系列的Service 如： ActivityManagerService, PowerManagerService, LightsService, DisplayManagerService, PackageManagerService， UserManagerService， sensor服务和BatteryService，UsageStatsService,WebViewUpdateService等核心服务。
到此, System_server主线程的启动工作总算完成, 进入Looper.loop()状态,等待其他线程通过handler发送消息到主线再处理.

system_server 启动流程

简单解析如下：

• Phase0 引导四大服务：ActivityManagerService、PowerManagerService、LightsService、DisplayManagerService
• Phase100 回调服务 ：PackageManagerService、WindowManagerService、InputManagerService、NetworkManagerService、DropBoxManagerService、FingerprintService、LauncherAppsService
• Phase480 回调服务：DevicePolicyManagerService
• Phase500 核心系统服务:WindowManagerService.systemReady()、PowerManagerService.systemReady()、PackageManagerService.systemReady()、DisplayManagerService.systemReady()，然后是AMS.systemReady
• Phase550 准备就绪：
• Phase600 各种服务的systemRunning:
• Phase1000 启动就绪
  这个过程启动的服务包括引导服务(7个)、核心服务(3个)、其他服务(70个+)

AMS (ActivityManagerService)启动

在SystemServer中启动的服务startBootstrapServices中包括了 AMS SystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class)
主要流程包括：

• 创建AMS实例，包括Android Runtime、ActivityThread、Context对象等
• setSystemProces，将创建的AMS、meminfo、cpuinfo等注册到ServiceManager中
  -- 这册 binder 服务，如： activity、procstats、meminfo、gfxinfo、dbinfo、cpuinfo、permission、processinfo、usagestats等
• installSystemProviders，安装系统provider，并创建CoreSettingsObserver，来监控settings的变化
• 启动systemUI，调用相应服务的systemReady
  -- startProcessLocked()过程对于非persistent进程必须等待mProcessesReady = true才会真正创建进程，否则进程放入mProcessesOnHold队列。例外包括：addAppLocked、finishBooting、cleanUpApplicationRecordLock、attachApplicationLocked，还有processNextBroadcast对于flag为 FLAG_RECEIVER_BOOT_UPGRADE的广播，一般情况下mProcessesReady在没有ready前，则基本没有应用进程

//TODO:Activity启动