Android-源代码分析

今天药忘吃喽~ 2022-07-13 08:44 220阅读 0赞

本文从Android系统的源代码下载开始介绍，紧接着介绍了如何将Android系统源代码编译成Android系统镜像文件，然后对Android系统的启动流程进行了较为深入的讲解

# Android源码下载 #

Android系统的编译环境目前只支持 Linux 以及 Mac OS 两种操作系统。如果采用虚拟机安装时需要考虑占用磁盘空间（源码+编译） ，如果是2.3 源码需要5G，编译需要10G。google推荐使用64位的操作系统。源码下载编译环境初始化[官网地址][Link 1]，很可惜，目前该网址是访问不了的，已经被屏蔽了。想要访问可以采取翻墙的方法。

# Android源码编译 #

# Android源码查看 #

首先给大家介绍一个查看源码工具：SourceInsight

通过上面的软件我们就可以查看任意我们想看的源码了，其实如果我们的eclipse关联了sdk源码，那么看起来比这个软件方便多了，那么为什么还用这个软件呢，因为该软件可以看整个Android系统的任意文件，这一点是比较强大的。

那么下面就让我带大家一起查看一下Android系统启动流程吧。

# Android启动流程 #

## Init进程的启动 ##

init进程，它是一个由内核启动的用户级进程。内核自行启动（已经被载入内存，开始运行，并已初始化所有的设备驱动程序和数据结构等）之后，就通过启动一个用户级程序init的方式，完成引导进程。init始终是第一个进程。启动过程就是代码init.c中main函数执行过程：system\\core\\init\\init.c

int main(int argc, char **argv)
    {
      /* Get the basic filesystem setup we need put
       * together in the initramdisk on / and then we'll
       * let the rc file figure out the rest.
       */
        mkdir("/dev", 0755);
        mkdir("/proc", 0755);
        mkdir("/sys", 0755);
        mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", 0, "mode=0755");
        mkdir("/dev/pts", 0755);
        mkdir("/dev/socket", 0755);
        mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
        mount("proc", "/proc", "proc", 0, NULL);
        mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);
    
       /* We must have some place other than / to create the
        * device nodes for kmsg and null, otherwise we won't
        * be able to remount / read-only later on.
        * Now that tmpfs is mounted on /dev, we can actually
        * talk to the outside world.
     */
        open_devnull_stdio();
        log_init();
    
        INFO("reading config file\n");
        init_parse_config_file("/init.rc");
    
        /* pull the kernel commandline and ramdisk properties file in */
        import_kernel_cmdline(0);
    
        get_hardware_name(hardware, &revision);
        snprintf(tmp, sizeof(tmp), "/init.%s.rc", hardware);
        init_parse_config_file(tmp);
    
        action_for_each_trigger("early-init", action_add_queue_tail);
    
        queue_builtin_action(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");
        queue_builtin_action(property_init_action, "property_init");
        queue_builtin_action(keychord_init_action, "keychord_init");
        queue_builtin_action(console_init_action, "console_init");
        queue_builtin_action(set_init_properties_action, "set_init_properties");
    
            /* execute all the boot actions to get us started */
        action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("early-fs", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("fs", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("post-fs", action_add_queue_tail);
    
        queue_builtin_action(property_service_init_action, "property_service_init");
        queue_builtin_action(signal_init_action, "signal_init");
        queue_builtin_action(check_startup_action, "check_startup");
    
        /* execute all the boot actions to get us started */
        action_for_each_trigger("early-boot", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("boot", action_add_queue_tail);
    
            /* run all property triggers based on current state of the properties */
        queue_builtin_action(queue_property_triggers_action, "queue_propety_triggers");
    
    #if BOOTCHART
        queue_builtin_action(bootchart_init_action, "bootchart_init");
    #endif
     for(;;) {
            int nr, i, timeout = -1;
    
            execute_one_command();
            restart_processes();

上面源代码已经省略去了非重要部分。

通过上面的代码我们可以看到在main函数中执行了：文件夹建立，挂载，rc文件解析，属性设置，启动服务，执行动作，socket监听等一系列操作。

下面看两个重要的过程：rc文件解析和服务启动。

1.1 rc文件的解析  
.rc文件是Android使用的初始化脚本文件，系统初始化要触发的动作和要启动的服务及其各自属性都在rc脚本文件中定义。 具体看一下启动脚本：\\system\\core\\rootdir\\init.rc  
该脚本定义的内容如下：

# setup the global environment
    # create mountpoints
    # Create cgroup mount point for cpu accounting
    # Filesystem image public mount points.
    # Create cgroup mount points for process groups
    # create basic filesystem structure
    ## Daemon processes to be run by init

service zygote /system/bin/app\_process -Xzygote /system/bin –zygote –start-system-server

在解析rc脚本文件时，将相应的类型放入各自的List中：  
\\system\\core\\init\\Init\_parser.c：init\_parse\_config\_file( )存入到action\_queue、action\_list、service\_list中，解析过程可以看一下parse\_config函数。

这其中包含了服务：adbd、servicemanager、vold、ril-daemon、debuggerd、surfaceflinger、zygote、media……  
1.2 服务启动  
文件解析完成之后将service放入到service\_list中。在main函数中，调用restart\_process();

在restart\_processes（）方法中调用了restart\_service\_if\_needed。

在restart\_service\_if\_needed()中调用了service\_start()。

在service\_start中开启了子进程去运行各个服务。

Init.rc中第一个Service是servicemanager

ServiceManager用来管理系统中所有的binder service，不管是本地的c++实现的还是java语言实现的都需要这个进程来统一管理，最主要的管理就是，注册添加服务，获取服务。所有的Service使用前都必须先在servicemanager中进行注册。  
代码位置：frameworks\\base\\cmds\\servicemanager\\Service\_manager.c  
系统开启了很多个服务，其中最重要的就是zygote服务。该服务是在Init.rc中定义的。

2、Zygote进程的启动  
Zygote这个进程是非常重要的一个进程,Zygote进程的建立是真正的Android运行空间，初始化建立的Service都是Navtive service。  
代码位置：frameworks/base/cmds/app\_process/App\_main.cpp

上面是App\_main.cpp的代码片段，最重要的就是通过AppRuntime开启了com.andrioid.internal.os.ZygoteInit程序。这是一个质的飞跃，让我们从c/c++的世界跑到了Java世界。  
上面调用了AndroidRuntime类中的start方法。  
AndroidRuntime.cpp代码位置：frameworks\\base\\core\\jni\\AndroidRuntime.cpp  
我们需要关注的就是其中的start方法。

3、Java界的第一个类ZygoteInit  
代码地址：frameworks\\base\\core\\java\\com\\android\\internal\\os\\ZygoteInit.java  
该类是Java的入口函数，包含了Java的main函数。

在ZygoteInit中完成了Android核心类和资源的加载，并启动了Android的系统服务。  
3.1 preloadClasses();

在preloadClasses()方法中加载了1.8k多个Android类。这些类是定义在一个名为preloaded-classes的文件中。

3.2 startSystemServer();

startSystemServer（）正如其名称，开启了系统服务进程。开启服务进程是通过参数调用Linux命令行进行的。这些命令参数作为开启服务的参数事先被设置。开启系统服务调用的是Zygote.forkSystemServer方法，该方法如下：

可以看到上面的方法是一个native方法，这里Java又调回到C语言的内容了，具体是怎么开启的Android系统服务暂且不去追究。我们继续往下走。  
如果开启子进程成功的话 ，那么返回的pid==0，这时候调用了handleSystemServerProcess(parsedArgs);  
方法。我们有必要看看该方法都干了啥。

上面的代码完成了系统服务进程的剩余工作。剩余工作是在RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.remainingArgs);  
方法中完成。  
这里面完成的工作包括：设置输如输出流为AndroidPrintStream、设置默认未捕获异常处理handler、设置日志管理器、设置user-Agent、设置VM Trace参数，给系统服务进程设置nice-name ,起个好听的名字也就是。

最后通过抛出一个异常，在捕获异常的代码通过反射的方法调用SystemServer的main方法，将SystemServer进程给运行起来，这里就是一个非常有意思的地方，Android系统服务进程是用通过抛出异常然后捕获异常，然后处理捕获的异常的时候运行起来的。为什么这么做呢？我从代码中找到了如下的说明，这样是唯一能找到的理由！

我翻译一下吧，大概意思是这样子的：  
这里抛出的异常将在ZygoteInit.main()方法中捕获到，这个main方法的职责是调用异常的run方法（通过看代码我们可以发现这个异常是自定义的额包装为Thread的异常，这也是设计者的高明之处）。这样的安排清除了所有的栈队列中的帧（frames，翻译成帧并不能很好的表达Java中的思想），这些帧是用来设置进程用的（进程设置好了，你就通过抛异常的方法给人家干掉了，有点卸磨杀驴的感觉）。  
补充知识：Stack frame（堆栈帧）是一个为函数保留的区域，用来存储关于参数、局部变量和返回地址的信息。堆栈帧通常是在新的函数调用的时候创建，并在函数返回的时候销毁。通常main是栈中的第一个帧，一个方法的调用就会创建一个帧。当遇到return或遇到Exception时帧会被销毁。  
4、SystemServer进程  
在上一节中我们知道ZygoteInit进程启动了SystemServer进程，虽然是在异常中启动的，SystemServer就像一个私生子就这么诞生了。那么这一节我们重点分析一下这个私生子生活的怎么样。  
源码位置：frameworks\\base\\services\\java\\com\\android\\server\\SystemServer.java  
SystemServer作为一个独立的进程（也是一个独立的Java程序），入口函数当然也是main。那么显然分析该类必须从main函数开始。

在main函数中做了以下工作：  
1）如果系统时间早于1970年，则把时间设置为1970年。  
2）如果性能统计开关已经打开，则开始统计性能，同时开启周期任务每一个小时打印一次日志。  
3）设置目标堆内容使用率上限为0.8倍  
4）加载C/C++库  
5）调用init1()方法进行初始化  
4.1 init1()

该方法的注释意思是：该方法被Zygote方法调用用于初始化系统。这将导致本地服务（SurfaceFlinger、AudioFlinger）的运行。最后该方法又调用了init2()方法，用于启动Android服务。  
4.2 init2()

在init2(）方法中开启了一个android.server.ServerThread线程。那么就看看该线程都干了些什么吧？  
ServerThread的run（）方法太长了，不可能把所有的代码都粘贴出来，这里就截取一部分，略窥一斑吧。

大家看到了上面的代码有没有惊呆呢，原来我们经常用的各种Service都是这里启动的，这次终于找到服务的源头了吧。这些服务都通过 ServiceManager.addService（）添加到了ServiceManager中。这样得以让我们在Activity中可以拿到这些Service。  
代码追溯到这里我们的桌面也该启动了吧，因为ActivityManagerService已经启动。那么接下来我们就看看((ActivityManagerService)ActivityManagerNative.getDefault()) .systemReady(）都干了什么事情吧。  
5、HomeActivity的启动

上面代码执行很长一段逻辑，很难看的懂，但是最后一行调用了resumeTopActivityLocked方法。我们看看这个方法里面都干了些什么事情。

上面代码高亮部分执行了HomeActivity。至此我们的桌面系统就开始加载。  
6、启动流程图  
上面的启动流程是从Linux的内核启动好开始启动Init进程开始，到启动好桌面为止的，相信绝大多数人看了上面的整个流程已经晕掉了。为了帮助大家简单的记住Android系统大致的启动流程，我从网上找了如下一张图片，供大家参考。

![Android启动流程图][Android]

![Android系统架构图][Android 1]

[Link 1]: http://source.android.com/source/initializing.html
[Android]: /images/20220713/93c7ffd35e54439dacc3d5992360f251.png
[Android 1]: /images/20220713/3b63f1de5c984d7caeb9aeda4c178d7d.png