Android系统启动过程全解析
2013-01-05 21:00
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Android系统是一款基于Linux的移动操作系统,那么Android是如何启动起来的呢?本文就详细阐述Android系统的启动过程。
从内核之上,我们首先应该从文件系统的init开始,因为 init 是内核进入文件系统后第一个运行的程序,通常我们可以在linux的命令行中指定内核第一个调用谁,如果没指定那么内核将会到/sbin/、/bin/ 等目录下查找默认的init,如果没有找到那么就报告出错。
init.c位置:system/core/init/init.c。
在init.c的main函数里面完成以下步骤:
1、创建设备节点。
2、初始化log系统。
3、解析init.rc文件,解析函数在同一目录的parser.c里面实现。
4、初始化属性服务器,在同一目录下的property_service.c里面实现。
。。。。
最后、进入loop等待事件到来。
init.rc的解析过程
init.rc是一个初始化脚本,路径(不确定):device/renesas/emev/init.rc
在init.c的main函数里面,调用parser.c的parse_config_file("/init.rc");执行解析过程。
先读取文件内容到data里面,再调用parse_config(fn, data);进行解析。
init.rc包含Android初始化语言的四大类声明:行为类(Actions)、命令类(Commands)、服务类(Services)、选项类(Options),解析完会形成两个列表service_list 和action_list。
其中有一个很重要的服务就是zygote,在init.rc里面的片段:
app_main.cpp的main函数,它先调用AndroidRuntime::addVmArguments将它的参数“-Xzygote /system/bin”传给AndroidRuntime作为启动JavaVM用。接着如果定位余下的参数,如果有"--zygote",执行下面代码,从参数可以知道,这时候要求启动start system server,并且将com.android.internal.os.ZygoteInit装载至虚拟机。
这里的JNIEnv实际是JNIEnvExt强制转换过来的,JNIEnvExt是JNIEnv结构体的扩展,JNIEnExt前端与JNIEnv完全对齐,都是JNI函数指针。相当于JNIEnExt对JNIEnv进行了赋值。
回到AndroidRuntime.cpp的start方法,现在我们要启动ZygoteInit进程,找到ZygoteInit的main方法,调用env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);去启动它。
CallStaticVoidMethod在Jni.c里面有定义,但不是直接定义的,因此用CallStaticVoidMethod作为函数名直接查定义是查不到的,是这样定义的:
CALL_STATIC(void, Void, , , false);
再看CALL_STATIC的宏定义:
在forkAndSpecializeCommon,先判断是否zygote模式,是否剩余有足够的heap空间,最后才执行fork()系统调用。
fork之后,父进程不做操作,子进程调用dvmInitAfterZygote去为自己申请堆空间。
子进程返回到startSystemServer方法。
从内核之上,我们首先应该从文件系统的init开始,因为 init 是内核进入文件系统后第一个运行的程序,通常我们可以在linux的命令行中指定内核第一个调用谁,如果没指定那么内核将会到/sbin/、/bin/ 等目录下查找默认的init,如果没有找到那么就报告出错。
init.c位置:system/core/init/init.c。
在init.c的main函数里面完成以下步骤:
1、创建设备节点。
2、初始化log系统。
3、解析init.rc文件,解析函数在同一目录的parser.c里面实现。
4、初始化属性服务器,在同一目录下的property_service.c里面实现。
。。。。
最后、进入loop等待事件到来。
init.rc的解析过程
init.rc是一个初始化脚本,路径(不确定):device/renesas/emev/init.rc
在init.c的main函数里面,调用parser.c的parse_config_file("/init.rc");执行解析过程。
先读取文件内容到data里面,再调用parse_config(fn, data);进行解析。
init.rc包含Android初始化语言的四大类声明:行为类(Actions)、命令类(Commands)、服务类(Services)、选项类(Options),解析完会形成两个列表service_list 和action_list。
其中有一个很重要的服务就是zygote,在init.rc里面的片段:
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server socket zygote stream 666 onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media这是脚本中service的格式:
service <name> <pathname> [ <argument> ]* <option> <option> ...zygote对应的可执行文件为app_process,android2.2中它的源代码位置:framework/base/cmds/app_process。
app_main.cpp的main函数,它先调用AndroidRuntime::addVmArguments将它的参数“-Xzygote /system/bin”传给AndroidRuntime作为启动JavaVM用。接着如果定位余下的参数,如果有"--zygote",执行下面代码,从参数可以知道,这时候要求启动start system server,并且将com.android.internal.os.ZygoteInit装载至虚拟机。
ZygoteInit.java的main方法)。 if (0 == strcmp("--zygote", arg)) { bool startSystemServer = (i < argc) ? strcmp(argv[i], "--start-system-server") == 0 : false; setArgv0(argv0, "zygote"); set_process_name("zygote"); runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", startSystemServer); }否则不启动system server:
set_process_name(argv0); runtime.mClassName = arg; // Remainder of args get passed to startup class main() runtime.mArgC = argc-i; runtime.mArgV = argv+i; LOGV("App process is starting with pid=%d, class=%s.\n", getpid(), runtime.getClassName()); runtime.start();runtime是AppRuntime对象,继承自AndroidRuntime,在AndroitRuntime.app里的start()函数如下,默认装载的是RuntimeInit进程,不启动system server。
void AndroidRuntime::start() { start("com.android.internal.os.RuntimeInit", false /* Don't start the system server */); }在AndroidRuntime.cpp的start方法内,先启动J***A虚拟机,在定位执行className类的main方法(如果才存在的话)。
void AndroidRuntime::start(const char* className, const bool startSystemServer) { LOGD("\n>>>>>>>>>>>>>> AndroidRuntime START <<<<<<<<<<<<<<\n"); /* start the virtual machine */ if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0) goto bail; startClass = env->FindClass(slashClassName); if (startClass == NULL) { LOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName); /* keep going */ } else { startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main", "([Ljava/lang/String;)V"); if (startMeth == NULL) { LOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className); /* keep going */ } else { env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray); } } }先看怎么启动虚拟机的,在startVm方法内,先将一些系统参数选项,包括虚拟机相关的属性,保存到一个JavaVMOption的实例内,比如虚拟机的堆大小,是否check jni,JNI版本信息,最后将这些参数传给JNI_CreateJavaVM,创建J***A虚拟机实例。
//JNI_CreateJavaVM在jni.h中有声明,代码位置:dalvik/libnativehelper/include/nativehelper/,在Jni.c中有定义 jint JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(void*); jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM**, JNIEnv**, void*); jint JNI_GetCreatedJavaVMs(JavaVM**, jsize, jsize*);在JNI_CreateJavaVM中,先检查JNI的版本,为JavaVM,JNIEnv开辟空间,保存通用接口,最后解析传进来的参数,最后调用dvmStartup启动虚拟机(有些传给JNI_CreateJavaVM的参数,也直接传给了dvmStartup)。
这里的JNIEnv实际是JNIEnvExt强制转换过来的,JNIEnvExt是JNIEnv结构体的扩展,JNIEnExt前端与JNIEnv完全对齐,都是JNI函数指针。相当于JNIEnExt对JNIEnv进行了赋值。
pEnv = (JNIEnvExt*) dvmCreateJNIEnv(NULL);在dvmStartup在Init.c定义,先调用setCommandLineDefaults进行一些默认的设置,比如虚拟机的默认heap大小。
static void setCommandLineDefaults() { gDvm.heapSizeStart = 2 * 1024 * 1024; // Spec says 16MB; too big for us. gDvm.heapSizeMax = 16 * 1024 * 1024; // Spec says 75% physical mem gDvm.stackSize = kDefaultStackSize; }然后调用dvmProcessOptions处理传进来的参数,比如是否执行zygote,最后,根据gDvm.zygote的值,是否申请一个新的堆,这个值在有参数-Xzygote置1。
if (gDvm.zygote) { if (!dvmInitZygote()) goto fail; } else { if (!dvmInitAfterZygote()) goto fail; }到这里,虚拟机算是启动成功了。
回到AndroidRuntime.cpp的start方法,现在我们要启动ZygoteInit进程,找到ZygoteInit的main方法,调用env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);去启动它。
CallStaticVoidMethod在Jni.c里面有定义,但不是直接定义的,因此用CallStaticVoidMethod作为函数名直接查定义是查不到的,是这样定义的:
CALL_STATIC(void, Void, , , false);
再看CALL_STATIC的宏定义:
#define CALL_STATIC(_ctype, _jname, _retfail, _retok, _isref) \ static _ctype CallStatic##_jname##Method(JNIEnv* env, jclass jclazz, \ jmethodID methodID, ...) \ { \ UNUSED_PARAMETER(jclazz); \ JNI_ENTER(); \ JValue result; \ va_list args; \ va_start(args, methodID); \ dvmCallMethodV(_self, (Method*)methodID, NULL, true, &result, args);\ va_end(args); \ if (_isref && !dvmCheckException(_self)) \ result.l = addLocalReference(env, result.l); \ JNI_EXIT(); \ return _retok; \ } \ static _ctype CallStatic##_jname##MethodV(JNIEnv* env, jclass jclazz, \ jmethodID methodID, va_list args) \ { \ UNUSED_PARAMETER(jclazz); \ JNI_ENTER(); \ JValue result; \ dvmCallMethodV(_self, (Method*)methodID, NULL, true, &result, args);\ if (_isref && !dvmCheckException(_self)) \ result.l = addLocalReference(env, result.l); \ JNI_EXIT(); \ return _retok; \ } \ static _ctype CallStatic##_jname##MethodA(JNIEnv* env, jclass jclazz, \ jmethodID methodID, jvalue* args) \ { \ UNUSED_PARAMETER(jclazz); \ JNI_ENTER(); \ JValue result; \ dvmCallMethodA(_self, (Method*)methodID, NULL, true, &result, args);\ if (_isref && !dvmCheckException(_self)) \ result.l = addLocalReference(env, result.l); \ JNI_EXIT(); \ return _retok; \ }因此CallStaticVoidMethod调用的是dvmCallMethodV方法,至于怎么样再调用到ZygoteInit的main方法,有待研究,现在直接看ZygoteInit的main方法,它的参数是这样定义的:
stringClass = env->FindClass("java/lang/String"); assert(stringClass != NULL); strArray = env->NewObjectArray(2, stringClass, NULL); assert(strArray != NULL); classNameStr = env->NewStringUTF(className); assert(classNameStr != NULL); env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr); startSystemServerStr = env->NewStringUTF(startSystemServer ? "true" : "false"); env->SetObjectArrayElement(strArray, 1, startSystemServerStr);申请一个String变量,给把类名作为第0个参数,第二个参数是"ture"或"false",用来决定是否启动system service,在ZygoteInit的main方法会读取这个参数。
if (argv[1].equals("true")) { startSystemServer(); } else if (!argv[1].equals("false")) { throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING); }它读取到第一个参数是"true",所以调用startSystemServer启动system server,在startSystemServer中,调用Zygote的forkSystemServer,fork出来的子进程,就是system server了,调用事的参数如下:
String args[] = { "--setuid=1000", "--setgid=1000", "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,3001,3002,3003", "--capabilities=130104352,130104352", "--runtime-init", "--nice-name=system_server", "com.android.server.SystemServer", };这些参数解析到一个ZygoteConnection.Arguments对象中。forkSystemServer方法实际上是JNI方法,在vm/native/dalvik_system_Zygote.c中有定义。
static void Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer( const u4* args, JValue* pResult) { pid_t pid; pid = forkAndSpecializeCommon(args); if (pid > 0) { int status; LOGI("System server process %d has been created", pid); gDvm.systemServerPid = pid; if (waitpid(pid, &status, WNOHANG) == pid) { LOGE("System server process %d has died. Restarting Zygote!", pid); kill(getpid(), SIGKILL); } } RETURN_INT(pid); }具体的fork操作在forkAndSpecializeCommon里面进行,父进程检查子进程是否died。
在forkAndSpecializeCommon,先判断是否zygote模式,是否剩余有足够的heap空间,最后才执行fork()系统调用。
fork之后,父进程不做操作,子进程调用dvmInitAfterZygote去为自己申请堆空间。
子进程返回到startSystemServer方法。
/* For child process */ if (pid == 0) { handleSystemServerProcess(parsedArgs); }调用handleSystemServerProcess方法,在里面先设置uid的权限,再调用RuntimeInit.zygoteInit。
/* * Pass the remaining arguments to SystemServer. * "--nice-name=system_server com.android.server.SystemServer" */ RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.remainingArgs); /* should never reach here */在zygoteInit里面调用invokeStaticMain,invokeStaticMain先将com.android.server.Systemserver类的main方法取出,作为Method对象,然后和参数一起传给ZygoteInit.MethodAndArgsCaller,MethodAndArgsCaller继承自Runner,最终MethodAndArgsCaller调用Method.invode函数启动System Server。
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