菜鸟学Android源码－Android System StartUp Process

（PS：本篇为翻译文章，英文原文链接：The Android Booting process）

关于Android 系统启动流程我们有很多疑问，比如说什么是Zygote？什么是init.rc？Linux kernel和Android Linux Kernel有什么区别？这片文章就是为了说明这些问题。

下面这张图详细描述了开机过程：

第一步：电源以及系统启动

在按下Power键时，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序到RAM，然后执行。

第二步：引导程序

引导程序是在Android操作系统开始运行前的一个小程序。引导程序是运行的第一个程序，因此它是针对特定的主板与芯片的。设备制造商要么使用很受欢迎的引导程序比如redboot、uboot、qi bootloader或者开发自己的引导程序，它不是Android操作系统的一部分。引导程序是OEM厂商或者运营商加锁和限制的地方。

引导程序分两个阶段执行。第一个阶段，检测外部的RAM以及加载对第二阶段有用的程序；第二阶段，引导程序设置网络、内存等等。这些对于运行内核是必要的，为了达到特殊的目标，引导程序可以根据配置参数或者输入数据设置内核。

Android引导程序可以在源码／bootable／bootloader／legacy／usbloader找到。

传统的加载器包含的2个重要文件，需要在这里说明：

init.s初始化堆栈，清零BBS段，调用main.c的_main()函数；

main.c初始化硬件（闹钟、主板、键盘、控制台），创建linux标签。

第三步：Linux Kernel

Android内核与桌面linux内核启动的方式差不多。内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表，加载驱动。当内核完成系统设置，它首先在系统文件中寻找”init”文件，然后启动root进程或者系统的第一个进程。

以下是Android Linux Kernel和Linux Kernel的几点区别：

Binder: 它是Android Linux Kernel独有的跨进程交互机制

ashmem:Android 共享内存

pmem: Process memory allocator

logger: 底层的Logcat支持

wakelocks:电源的唤醒服务

oom handling: 当内存过低时，杀死部分进程

alarm manager:定时任务

RAM_CONSOLE:

USB gadget driver for ADB

yaffs2 flash filesystem

第四步：Init进程

init是第一个进程，我们可以说它是root进程或者说有进程的父进程。init进程有两个责任，一是挂载目录，比如/sys、/dev、/proc，二是运行init.rc脚本。

init进程可以在/system/core/init找到。

init.rc文件可以在/system/core/rootdir/init.rc找到。

readme.txt可以在/system/core/init/readme.txt找到。

对于init.rc文件，Android中有特定的格式以及规则。在Android中，我们叫做Android初始化语言。

Android初始化语言由四大类型的声明组成，即Actions（动作）、Commands（命令）、Services（服务）、以及Options（选项）。

Action（动作）：动作是以命令流程命名的，有一个触发器决定动作是否发生。

Service（服务）：服务是init进程启动的程序、当服务退出时init进程会视情况重启服务。

语法

Options（选项）

选项是对服务的描述。它们影响init进程如何以及何时启动服务。

咱们来看看默认的init.rc文件。这里我只列出了主要的事件以及服务。

Action/Service 描述

on early-init 设置init进程以及它创建的子进程的优先级，设置init进程的安全环境

on init 设置全局环境，为cpu accounting创建cgroup(资源控制)挂载点

on fs 挂载mtd分区

on post-fs 改变系统目录的访问权限

on post-fs-data 改变/data目录以及它的子目录的访问权限

on boot 基本网络的初始化，内存管理等等

service servicemanager 启动系统管理器管理所有的本地服务，比如位置、音频、Shared preference等等…

service zygote 启动zygote作为应用进程

在这个阶段你可以在设备的屏幕上看到“Android”logo了。

第五步：Zygote and Dalvik

在Java中，我们知道不同的虚拟机实例会为不同的应用分配不同的内存。假如Android应用应该尽可能快地启动，但如果Android系统为每一个应用启动不同的Dalvik虚拟机实例，就会消耗大量的内存以及时间。因此，为了克服这个问题，Android系统创造了”Zygote”。Zygote让Dalvik虚拟机共享代码、低内存占用以及最小的启动时间成为可能。Zygote是一个虚拟器进程，正如我们在前一个步骤所说的在系统引导的时候启动。Zygote预加载以及初始化核心库类。通常，这些核心类一般是只读的，也是Android SDK或者核心框架的一部分。在Java虚拟机中，每一个实例都有它自己的核心库类文件和堆对象的拷贝。

Zygote加载进程

加载ZygoteInit类，源代码：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

registerZygoteSocket()为zygote命令连接注册一个服务器套接字。

preloadClassed “preloaded-classes”是一个简单的包含一系列需要预加载类的文本文件，你可以在/frameworks/base找到“preloaded-classes”文件。

preloadResources() preloadResources也意味着本地主题、布局以及android.R文件中包含的所有东西都会用这个方法加载。

在这个阶段，你可以看到启动动画。

第六步：系统服务或服务

完成了上面几步之后，运行环境请求Zygote运行系统服务。系统服务同时使用native以及java编写，系统服务可以认为是一个进程。同一个系统服务在Android SDK可以以System Services形式获得。系统服务包含了所有的System Services。

Zygote创建新的进程去启动系统服务。代码如下：

public static void main(String argv[]) {
ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();

// Mark zygote start. This ensures that thread creation will throw
// an error.
ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();

// Zygote goes into its own process group.
try {
Os.setpgid(0, 0);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("Failed to setpgid(0,0)", ex);
}

try {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "ZygoteInit");
RuntimeInit.enableDdms();
// Start profiling the zygote initialization.
SamplingProfilerIntegration.start();

boolean startSystemServer = false;
String socketName = "zygote";
String abiList = null;
for (int i = 1; i < argv.length; i++) {
if ("start-system-server".equals(argv[i])) {
startSystemServer = true;
} else if (argv[i].startsWith(ABI_LIST_ARG)) {
abiList = argv[i].substring(ABI_LIST_ARG.length());
} else if (argv[i].startsWith(SOCKET_NAME_ARG)) {
socketName = argv[i].substring(SOCKET_NAME_ARG.length());
} else {
throw new RuntimeException("Unknown command line argument: " + argv[i]);
}
}

if (abiList == null) {
throw new RuntimeException("No ABI list supplied.");
}

zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "ZygotePreload");
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
SystemClock.uptimeMillis());
preload();
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
SystemClock.uptimeMillis());
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);

// Finish profiling the zygote initialization.
SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();

// Do an initial gc to clean up after startup
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PostZygoteInitGC");
gcAndFinalize();
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);

// Disable tracing so that forked processes do not inherit stale tracing tags from
// Zygote.
Trace.setTracingEnabled(false);

// Zygote process unmounts root storage spaces.
Zygote.nativeUnmountStorageOnInit();

ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation();

if (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
}

Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
zygoteServer.runSelectLoop(abiList);

zygoteServer.closeServerSocket();
} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (Throwable ex) {
Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
zygoteServer.closeServerSocket();
throw ex;
}
}

可以看到在主main函数内部，调用了如下代码启动系统服务：

startSystemServer(abiList, socketName,zygoteServer);

进一步查看该函数：

/**
* Prepare the arguments and fork for the system server process.
*/
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
long capabilities = posixCapabilitiesAsBits(
OsConstants.CAP_IPC_LOCK,
OsConstants.CAP_KILL,
OsConstants.CAP_NET_ADMIN,
OsConstants.CAP_NET_BIND_SERVICE,
OsConstants.CAP_NET_BROADCAST,
OsConstants.CAP_NET_RAW,
OsConstants.CAP_SYS_MODULE,
OsConstants.CAP_SYS_NICE,
OsConstants.CAP_SYS_RESOURCE,
OsConstants.CAP_SYS_TIME,
OsConstants.CAP_SYS_TTY_CONFIG,
OsConstants.CAP_WAKE_ALARM
);
/* Containers run without this capability, so avoid setting it in that case */
if (!SystemProperties.getBoolean(PROPERTY_RUNNING_IN_CONTAINER, false)) {
capabilities |= posixCapabilitiesAsBits(OsConstants.CAP_BLOCK_SUSPEND);
}
/* Hardcoded command line to start the system server */
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;

int pid;

try {
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);

/* Request to fork the system server process */
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}

/* For child process */
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}

zygoteServer.closeServerSocket();
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}

return true;
}

可以看到其最终调起的应该是

com.android.server.SystemServer

这个类，在这个类里面完成了各种系统服务的初始化。

参考链接：Android启动过程深入解析