Android系统启动
- 一.Android系统启动概述
- 1.启动电源以及系统启动
- 2.引导程序BootLoader
- 3.Linux内核启动
- 4.init进程启动
- 5.Zygote进程启动
- 6.SystemServer进程启动
- 7.AMS启动Launcher进程
- 二.Android系统启动详解
- 1.init进程的启动过程
- init进程的main函数(init.cpp)执行过程：
- 2.Zygote进程的启动过程
- (C层)app_main.cpp中main函数的执行过程：
- (java层)ZygoteInit.java中main方法的执行过程：
- 3.SystemServer进程的启动过程
- ZygoteInit.java中handleSystemServerProcess方法的执行过程：
- ZygoteInit.java中zygoteInit方法的执行过程：
- RuntimeInit.java中invokeStaticMain方法的执行过程：
- ZygoteInit.java的main方法捕获Zygote.MethodAndArgsCaller异常的过程：
- SystemServer进程main方法(SystemServer.java)的执行过程：
- 4.Launcher进程的启动过程
- ActivityManagerService.java中systemReady方法的执行过程：
- startHomeActivityLocked方法的执行过程：
- startHomeActivityLocked方法的执行过程
一.Android系统启动概述
1.启动电源以及系统启动
当按下电源时，引导芯片的代码从ROM预定义的位置开始执行。加载引导程序BootLoader到RAM中。
2.引导程序BootLoader
引导程序BootLoader把系统OS拉起并运行
3.Linux内核启动
当内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表、加载驱动。在内核完成系统设置后，首先在系统文件中寻找init.rc文件，并启动init进程
4.init进程启动
1）创建和挂载启动所需的文件目录
2）初始化和启动属性服务
3）解析init.rc配置文件并启动Zygote进程
5.Zygote进程启动
1）创建AppRuntime并调用其start方法，启动Zygote进程
2）创建Java虚拟机并为Java虚拟机注册JNI方法
3）通过JNI调用ZygoteInit的main方法进入Zygote的Java框架
4）通过registerZygoteSocket方法创建服务端Socket，并通过runSelectLoop方法等待AMS的请求来创建新的应用程序进程
5）启动SystemServer进程
6.SystemServer进程启动
1）启动Binder线程池
2）创建SystemServiceManager
3）启动各种系统服务(AMS，PMS…)
7.AMS启动Launcher进程
1）通过PMS获取app的信息，将app的图标显示在界面上
二.Android系统启动详解
1.init进程的启动过程
init进程是Android系统中用户空间的第一个进程，进程号为1。
在内核完成系统设置后，首先在系统文件中寻找init.rc文件，并启动init进程，执行init进程的入口函数main。init.rc配置文件是由Android初始化语言(Android Init Language)编写的脚本。
init进程的main函数(init.cpp)执行过程：
1）创建和挂载启动所需的文件目录
挂载了tmpfs，devpts，proc，selinuxfs五种文件系统
2）初始化属性服务
init进程调用property_init函数初始化属性服务。
内部调用__system_property_area_init函数初始化属性内存区域。
3）设置子进程信号处理函数
防止init的子进程成为僵尸进程
僵尸进程：在Linux中，父进程使用fork创建子进程，在子进程终止时，若父进程不知道子进程终止，此时子进程虽已退出，但系统进程表仍保存子进程的信息。造成资源浪费，最终系统可能无法创建进程。
4）启动属性服务
init进程调用start_property_service函数启动属性服务。
a）内部首先创建非阻塞的Socket，调用listen函数进行监听连接，使之成为服务端提供属性服务，同时设置最大服务数为8。调用epoll函数监听数据变化，当有数据到来时，init进程将调用handle_property_set_fd函数进行处理。
b）handle_property_set_fd函数内部将数据读出，交给handle_property_set函数处理。
c）handle_property_set函数内部分成两部分处理，一部分处理控制属性(属性名以“ctl.”开头)，一部分处理普通属性。当处理控制属性时，若权限满足，则调用handle_control_message函数处理。当处理普通属性时，若权限满足，则调用property_set函数处理。
d）property_set函数内部首先会调用__system_property_find函数查找属性，判断属性存不存在，若不存在，则调用__system_property_add函数添加属性。若存在则判断属性名是否不能修改(以“ro.”开头，表示只读，不能修改)，若不能修改，则直接返回，否则调用__system_property_update函数更新属性值。若属性名以“persist.”开头，则调用write_persistent_property函数处理。若属性名称以“persist.”开头，当设置这个属性时，其值也将写入/data/property。
5）解析init.rc文件，启动Zygote进程
a）init进程解析init.rc配置文件，当解析Zygote进程的Service语句时，根据参数构造一个Service对象，根据选项域的内容填充Service对象，最后将Service对象加入Service链表中。
b）init进程解析init.rc配置文件，当解析Command指令 class_start main时，遍历Service链表，因为Zygote进程的classname为main，所以会找到Zygote对应的Service，若Service没有在其对应的.rc文件中设置disabled选项，则会调用start函数启动Service。
c）start函数内部会调用fork函数创建Service子进程，再调用execve函数启动Service子进程，进入Service的main函数中执行，在Service的main函数(app_main.cpp)中，会调用runtime的start函数启动Zygote进程。
2.Zygote进程的启动过程
在Android系统中，DVM、ART、应用程序进程及SystemServer进程都是由Zygote进程创建。Zygote进程的初始名称为“app_process”，当Zygote进程启动后，Linux下的pctrl系统会调用app_process，将其名称替换为zygote。
在init.rc配置文件中通过import命令引入了Zygote启动脚本。
init.rc不会直接引入一个固定的文件，而是根据属性ro.zygote的内容引入。
ro.zygote的属性值有四种：
init.zygote32.rc：支持纯32位程序
init.zygote32_64.rc：既支持32位程序，也支持64位程序。将启动两个Zygote进程，一个名为zygote，执行程序为app_process32，作为主模式。一个名为zygote_secondary，执行程序为app_process64，作为辅模式。
init.zygote64.rc：支持纯64位程序
init.zygote64_32.rc：既支持64位程序，也支持32位程序。将启动两个Zygote进程，一个名为zygote，执行程序为app_process64，作为主模式。一个名为zygote_secondary，执行程序为app_process32，作为辅模式。
(C层)app_main.cpp中main函数的执行过程：
1）判断若为Zygote进程，则调用AppRuntime对象的start函数启动Zygote进程
a）调用startVm函数启动Java虚拟机
b）调用startReg函数为Java虚拟机注册JNI方法
c）获取类名为com.android.internal.os.ZygoteInit的类，并找到它的main方法
d）通过JNI调用ZygoteInit.java的main方法
(java层)ZygoteInit.java中main方法的执行过程：
1）调用zygoteServer的registerServerSocket方法创建一个名为zygote的服务端socket
用于等待AMS请求Zygote进程创建新的应用程序。
a）通过传入的socketName拼接fullSocketName。(为ANDROID_SOCKET_zygote)
b）将fullSocketName转换为环境变量的值
c）将环境变量的值转换为文件描述符的参数
d）创建文件描述符，并设置参数
e）创建服务端Socket(LocalServerSocket)，传入文件描述符作为参数。
2）调用preload方法预加载类和资源
3）调用startSystemServer方法启动SystemServer进程
a）创建args数组
用于保存SystemServer的启动参数
SystemServer进程的用户id和用户组id被设置为1000。
并且拥有用户组1001～1010、1018、1021、1032、3001～3010的权限。
进程名为system_server。
启动的类名为com.android.server.SystemServer。
b）将args数组封装成Arguments对象
c）调用Zygote的forkSystemServer方法，传入Arguments对象，创建SystemServer进程
d）调用handleSystemServerProcess方法处理SystemServer进程
4）调用zygoteServer的runSelectLoop方法等待AMS请求创建新的应用程序
a）保存创建的服务端Socket的文件描述符到ArrayList
b）无限循环等待AMS的请求
i）通过poll机制监听文件变化
ii）若有客户端Socket连接了服务端Socket，则调用acceptCommandPeer方法创建一个ZygoteConnection对象。并将对象保存到ArrayList，对象的文件描述符保存到ArrayList。
iii）否则调用ZygoteConnection对象的runOnce方法创建新的应用程序进程。若创建成功，则将该对象及其文件描述符从ArrayList和ArrayList中移除。
3.SystemServer进程的启动过程
SystemServer进程主要用于创建系统服务
ZygoteInit.java中handleSystemServerProcess方法的执行过程：
1）调用createPathClassLoader创建PathClassLoader
2）调用ZygoteInit的zygoteInit方法，传入PathClassLoader
ZygoteInit.java中zygoteInit方法的执行过程：
1）调用ZygoteInit的nativeZygoteInit方法启动Binder线程池
2）调用RuntimeInit的applicationInit方法进入SystemServer的main方法
a）调用invokeStaticMain方法
RuntimeInit.java中invokeStaticMain方法的执行过程：
1）通过类名获取SystemServer类
2）找到SystemServer类的main方法
3）通过抛异常的方式启动SystemServer进程
创建Zygote.MethodAndArgsCaller对象，传入SystemServer类的main方法作为参数，抛出Zygote.MethodAndArgsCaller异常。
ZygoteInit.java的main方法捕获Zygote.MethodAndArgsCaller异常的过程：
1）调用MethodAndArgsCalls对象的run方法
a）通过反射(invoke方法)，调用SystemServer类的main方法
为什么要采用抛异常的方式而不是直接在invokeStaticMain方法中调用SystemServer类的main方法？
通过抛异常的处理会清除所有的设置过程需要的堆栈帧，让SystemServer的main方法看起来像是SystemServer进程的入口方法。
SystemServer进程main方法(SystemServer.java)的执行过程：
1）创建SystemServer类对象
2）调用SystemServer对象的run方法
a）调用Looper的prepareMainLooper方法创建消息Looper
b）调用System的loadLibrary方法加载动态库(libandroid_servers.so)
c）调用createSystemContext方法创建系统的Context
d）将Context作为参数，创建SystemServiceManager对象
用于对系统服务进行创建、启动和生命周期的管理
e）调用startBootstrapServices方法启动引导服务
Android中将系统服务分为三种：引导服务、核心服务、其他服务，共100多种。
i）Installer：系统安装apk的一个服务类，启动完Installer服务后才能启动其他的系统服务
ii）ActivityManagerService：负责四大组件的启动、切换、调度
iii）PowerManagerService：
iv）LightsService：管理和显示背光LED
v）DisplayManagerService：
vi）UserManagerService：管理多用户
vii）SensorService：提供传感器服务
viii）PackageManagerService：用来对APK进行安装、解析、删除、卸载等
…
f）调用startCoreServices方法启动核心服务
核心服务共四种:
i).DropBoxManagerService：用于生成和管理系统运行时生成的一些日志文件
ii).BatteryService：管理电池相关的服务
iii).UsageStatsService：收集用户每一个App的频率和使用时长
iv).webViewUpdateService：WebView更新服务
g）调用startOtherServices方法启动其他服务
i).CameraService：摄像头相关服务
ii).AlarmManagerService：全局定时器管理
iii).InputManagerService：管理输入事件
iv).WindowManagerService：窗口管理服务
v).VrManagerService：VR模式管理服务
vi).BluetoothService：蓝牙管理服务
vii).NotificationManagerService：通知管理服务
viii).DeviceStorageMonitorService：存储相关管理服务
ix).LocationManagerService：定位管理服务
x).AudioService：音频相关管理服务
…
系统服务的两种启动方式：
1）调用SystemServiceManager对象的startService方法
a）保存传入的SystemService对象到ArrayList中
b）调用传入的SystemService对象的onStart方法
2）调用指定系统服务的main方法
a）自检初始的设置
b）将自身注册到ServiceManager中
4.Launcher进程的启动过程
SystemServer进程在启动时会先后启动AMS和PMS，PMS启动后会将系统中的应用程序安装完成。之后AMS将会启动Launcher进程。
Launcher进程的入口为AMS的systemReady方法，该方法在SystemServer.java的startOtherServices方法中被调用。
ActivityManagerService.java中systemReady方法的执行过程：
调用ActivityStackSupervisor对象的resumeFocusedStackTopActivityLocked方法
resumeFocusedStackTopActivityLocked方法的执行过程：
调用ActivityStack对象的resumeTopActicityUncheckedLocked方法
resumeTopActicityUncheckedLocked方法的执行过程：
调用resumeTopActicityInnerLocked方法
resumeTopActicityInnerLocked方法的执行过程：
调用ActivityStackSupervisor对象的resumeHomeStackTask方法
resumeHomeStackTask方法的执行过程：
调用ActivityManagerService对象的startHomeActivityLocked方法
startHomeActivityLocked方法的执行过程：
1）判断系统的运行模式和要启动的Activity的Action是否满足要求
系统的运行模式有三种：非工厂模式、低级工厂模式、高级工厂模式
2）调用getIntent方法获取启动Launcher进程所需的Intent
Action为Intent.ACTION_MAIN，category为Intent.CATEGORY_HOME
3）调用ActivityStarter对象的startHomeActivityLocked方法启动Launcher进程
startHomeActivityLocked方法的执行过程
1）调用ActivityStackSupervisor对象的moveHomeStackTaskToTop方法，Launcher放入HomeStack中
2）调用startActivityLocked方法，进入到启动一般的Activity的流程，最终调用Launcher进程Activity的onCreate方法，显示界面
