Android系统启动过程

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-08-06 05:12 161阅读 0赞

Android系统启动过程

首先Android框架架构图：（来自网上，![Image 1][]我觉得这张图看起来很清晰）

![Center][]

Linux内核启动之后就到Android Init进程，进而启动Android相关的服务和应用。

启动的过程如下图所示：（图片来自网上，后面有地址）

![Center 1][]

下面将从Android4.0源码中，和网络达人对此的总结中，对此过程加以学习了解和总结，

以下学习过程中代码片段中均有省略不完整，请参照源码。

下面将从Android4.0源码中，和网络达人对此的总结中，对此过程加以学习了解和总结，

以下学习过程中代码片段中均有省略不完整，请参照源码。

一 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

在函数中执行了：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……

下面看两个重要的过程：rc文件解析和服务启动。

1 rc文件解析

.rc文件是Android使用的初始化脚本文件 （System/Core/Init/readme.txt中有描述：

four broad classes of statements which are Actions, Commands, Services, and Options.）

其中Command 就是系统支持的一系列命令，如：export，hostname，mkdir，mount，等等，其中一部分是 linux 命令，

还有一些是 android 添加的，如：class\_start <serviceclass>： 启动服务，class\_stop <serviceclass>：关闭服务，等等。

其中Options是针对 Service 的选项的。

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

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，类似状态机形式挺有意思。

这其中包含了服务：adbd、servicemanager、vold、ril-daemon、debuggerd、surfaceflinger、zygote、media……

2 服务启动

文件解析完成之后将service放入到service\_list中。

\\system\\core\\init\\builtins.c

Service的启动是在do\_class\_start函数中完成：

int do_class_start(int nargs, char **args)
    {
        service_for_each_class(args[1], service_start_if_not_disabled);
        return 0;
    }

遍历所有名称为classname，状态不为SVC\_DISABLED的Service启动

void service_for_each_class(const char *classname,
                                void (*func)(struct service *svc))
    {
           ……
    }
    
    static void service_start_if_not_disabled(struct service *svc)
    {
        if (!(svc->flags & SVC_DISABLED)) {
            service_start(svc, NULL);
        }
    }

do\_class\_start对应的命令：

KEYWORD(class\_start, COMMAND, 1, do\_class\_start)

init.rc文件中搜索class\_start：class\_start main 、class\_start core、……

main、core即为do\_class\_start参数classname

init.rc文件中Service class名称都是main：

service drm /system/bin/drmserver

class main

service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger

class main

于是就能够通过main名称遍历到所有的Service，将其启动。

do\_class\_start调用：

init.rc中

on boot　　//action

class\_start core　　　　//执行command 对应 do\_class\_start

class\_start main

Init进程main函数中：

system/core/init/init.c中：

int main(){
    
    　　　　　//挂在文件
           //解析配置文件：init.rc……
           //初始化化action queue
    　　　　 ……
           for(;;){
    
                  execute_one_command();
    
                  restart_processes();
    
                  for (i = 0; i < fd_count; i++) {
    
                if (ufds[i].revents == POLLIN) {
    
                    if (ufds[i].fd == get_property_set_fd())
    
                        handle_property_set_fd();
    
                    else if (ufds[i].fd == get_keychord_fd())
    
                        handle_keychord();
    
                    else if (ufds[i].fd == get_signal_fd())
    
                        handle_signal();
                }
            }
    
           }
    }

循环调用service\_start，将状态SVC\_RESTARTING启动， 将启动后的service状态设置为SVC\_RUNNING。

pid=fork();

execve();

在消息循环中：Init进程执行了Android的Command，启动了Android的NativeService，监听Service的变化需求，Signal处理。

Init进程是作为属性服务（Property service），维护这些NativeService。

二 ServiceManager启动

在.rc脚本文件中zygote的描述：

service servicemanager /system/bin/servicemanager
    　　class core
    　　user system
    　　group system
    　　critical
    　　onrestart restart zygote
    　　onrestart restart media
    　　onrestart restart surfaceflinger
    　　onrestart restart drm

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。

do\_find\_service( )

do\_add\_service( )

svcmgr\_handler( )

代码位置：frameworks\\base\\cmds\\servicemanager\\Service\_manager.c

三 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.

（1） 在.rc脚本文件中zygote的描述：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    　　class main
    　　socket zygote stream 666
    　　onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    　　onrestart write /sys/power/state on
    　　onrestart restart media
    　　onrestart restart netd
    
    参数：--zygote --start-system-server

代码位置：frameworks/base/cmds/app\_process/app\_main.cpp

上面的参数在这里就会用上，决定是否要启动和启动那些进程。

int main( ){
           AppRuntime runtime;
           if (zygote) {
                  runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
                    startSystemServer ? "start-system-server" : "");
           }
    }
    
    class AppRuntime : public AndroidRuntime{}；

（2） 接着到了AndroidRuntime类中：

frameworks\\base\\core\\jni\\AndroidRuntime.cpp

void start(const char* className, const char* options){
    
           // start the virtual machine Java在虚拟机中运行的
           JNIEnv* env;
           if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0) {
                  return;
           }
    
           //向刚刚新建的虚拟机注册JNI本地接口
           if (startReg(env) < 0) {
                  return;
           }
    
    　　　　// jni 调用 java 方法，获取对应类的静态main方法
    　　　　jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass,
           　　"main","([Ljava/lang/String;)V");
    
           // jni调用 java方法，调用到ZygoteInit类的main函数
    
           jclass startClass = env->FindClass(className);
    
           env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
    }

到了ZygoteInit.java中的静态main函数中，从C++ ——》JAVA

（3）ZygoteInit

真正Zygote进程:

frameworks\\base\\core\\java\\com\\android\\internal\\os\\ZygoteInit.java

public static void main(String argv[]) {
           //Registers a server socket for zygote command connections
           registerZygoteSocket();
    
           //Loads and initializes commonly used classes and
           //used resources that can be shared across processes
           preload();
    
           // Do an initial gc to clean up after startup
           gc();
    
           if (argv[1].equals("start-system-server")) {
                  startSystemServer();
           }
    
           /**
           * Runs the zygote process's select loop. Accepts new connections as
           * they happen, and reads commands from connections one spawn-request's
           * worth at a time.
           */
    
           runSelectLoopMode();    //loop中
           /**
           * Close and clean up zygote sockets. Called on shutdown and on the
           * child's exit path.
           */
           closeServerSocket();
    }

Zygote就建立好了，利用Socket通讯，接收请求，Fork应用程序进程，进入Zygote进程服务框架中。

四 SystemServer启动

（1）在Zygote进程进入循环之前，调用了startSystemServer( );

private static boolean startSystemServer(){
           /* Request to fork the system server process 孵化新的进程 */
    　　　　ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
           pid = Zygote.forkSystemServer(
                  parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                  parsedArgs.gids,
                  parsedArgs.debugFlags,
                  null,
                  parsedArgs.permittedCapabilities,
                  parsedArgs.effectiveCapabilities);
     
                  /* For child process 对新的子进程设置 */
           if (pid == 0) {
                  handleSystemServerProcess(parsedArgs);
           }
    }
    
    void handleSystemServerProcess(parsedArgs){
           closeServerSocket();
           //"system_server"
           Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);
    
           //Pass the remaining arguments to SystemServer.
    　　　　RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,
    　　　　　　parsedArgs.remainingArgs);
           /* should never reach here */
    }

（2）RuntimeInit中：

frameworks\\base\\core\\java\\com\\android\\internal\\os\\RuntimeInit.java

//The main function called when started through the zygote process.
    void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv){
            applicationInit(targetSdkVersion, argv);
    }
    
    void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv){
        // Remaining arguments are passed to the start class's static main
        invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs);
    }
    
    void invokeStaticMain(String className, String[] argv){
        Class<?> cl;
        cl = Class.forName(className);
     
        //获取SystemServer的main方法，抛出MethodAndArgsCaller异常
        Method m;
        m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
        int modifiers = m.getModifiers();
        throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
    }

（3）从startSystemServer开始执行并没有去调用SystemServer的任何方法，

只是通过反射获取了main方法，付给了MethodAndArgsCaller，并抛出了MethodAndArgsCaller异常。

此异常是在哪里处理的呢？

回到startSystemServer( )函数的调用处：

在ZygoteInit的main函数中：

public static void main(String argv[]) {
           try {
                  ……
                  if (argv[1].equals("start-system-server")) {
                      startSystemServer();       //这里如果抛出异常，跳过下面流程
                  }
              
    　　　　　　　　runSelectLoopMode();    //loop中
                  ……
    
    
           } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
                  caller.run();        //处理的异常
           }
    }

如果startSystemServer抛出了异常，跳过执行ZygoteInit进程的循环，这是怎么回事呢？

在startSystemServer中异常是由handleSystemServerProcess抛出，而

pid = Zygote.forkSystemServer( )

/\* For child process 仅对新的子进程设置 \*/

if (pid == 0) \{

handleSystemServerProcess(parsedArgs);

// Zygote.forkSystemServer根据参数fork 出一个子进程，若成功调用，则返回两次：

一次返回的是 zygote 进程的 pid ，值大于0；一次返回的是子进程 pid，值等于0否则，出错返回-1；

caller.run();

MethodAndArgsCaller run函数：调用前面所提到的

//SystemServer main方法

m = cl.getMethod("main", new Class\[\] \{ String\[\].class \});

启动了进程SystemServer。

（4）SystemServer的执行 init1( )

//frameworks\\base\\services\\java\\com\\android\\server\\SystemServer.java

public static void main(String[] args) {
    
           　　System.loadLibrary("android_servers");    
    
           　　/*
    
           　　* This method is called from Zygote to initialize the system.
           　　* This will cause the native services (SurfaceFlinger, AudioFlinger, etc..)
           　　* to be started. After that it will call back
           　　* up into init2() to start the Android services.
          　　 */
          　　 init1(args);    //native 完了回调init2( )
    　　}
    
    //init1:
    　　frameworks/base/services/jni/com_android_server_SystemServer.cpp:: android_server_SystemServer_init1( ) 
    　　中调用：system_init
    extern "C" status_t system_init()
    {
           sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
           sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
    
           //启动SurfaceFlinger 和传感器
           property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf, "1");
           SurfaceFlinger::instantiate();
    
           property_get("system_init.startsensorservice", propBuf, "1");
           SensorService::instantiate();
    
           // And now start the Android runtime.  We have to do this bit
           // of nastiness because the Android runtime initialization requires
           // some of the core system services to already be started.
    　　　　// All other servers should just start the Android runtime at
           // the beginning of their processes's main(), before calling
           // the init function.
           AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();
    
    
           //回调 com.android.server.SystemServer init2 方法      
    
           JNIEnv* env = runtime->getJNIEnv();
    
           jclass clazz = env->FindClass("com/android/server/SystemServer");
    
           jmethodID methodId = env->GetStaticMethodID(clazz, "init2", "()V");
    
           env->CallStaticVoidMethod(clazz, methodId);
        
    
           //启动线程池 做为binder 服务
           ProcessState::self()->startThreadPool();
           IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
           return NO_ERROR;
    
    }

ProcessState：

每个进程在使用binder 机制通信时，均需要维护一个ProcessState 实例来描述当前进程在binder 通信时的binder 状态。

ProcessState 有如下2 个主要功能：

1. 创建一个thread, 该线程负责与内核中的binder 模块进行通信，称该线程为Pool thread ；

2. 为指定的handle 创建一个BpBinder 对象，并管理该进程中所有的BpBinder 对象。

Pool thread：

在Binder IPC 中，所有进程均会启动一个thread 来负责与BD 来直接通信，也就是不停的读写BD ，

这个线程的实现主体是一个IPCThreadState 对象，下面会介绍这个类型。

下面是Pool thread 的启动方式：

ProcessState::self()->startThreadPool();

IPCThreadState ：

IPCThreadState 也是以单例模式设计的。由于每个进程只维护了一个ProcessState 实例，同时ProcessState 只启动一个Pool thread ，

也就是说每一个进程只会启动一个Pool thread ，因此每个进程则只需要一个IPCThreadState 即可。

Pool thread 的实际内容则为：

IPCThreadState::self()->joinThreadPool();

public static final void init2() {   
    　　　　//建立线程来处理
           Thread thr = new ServerThread();      
           thr.setName("android.server.ServerThread");
           thr.start();
    }
    
    //看看线程ServerThread里面都做了什么事情？
    public void run() {
        addBootEvent(new String("Android:SysServerInit_START"));
        Looper.prepare();
        android.os.Process.setThreadPriority(
        android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
    
        //初始化服务，创建各种服务实例，如：电源、网络、Wifi、蓝牙，USB等，
    　　//初始化完成以后加入到 ServiceManager中，
        //事我们用 Context.getSystemService (String name) 才获取到相应的服务
        PowerManagerService power = null;
        NetworkManagementService networkManagement = null;
        WifiP2pService wifiP2p = null;
        WindowManagerService wm = null;
        BluetoothService bluetooth = null;
        UsbService usb = null;
        NotificationManagerService notification = null;
        StatusBarManagerService statusBar = null;
        ……
    
        power = new PowerManagerService();
        ServiceManager.addService(Context.POWER_SERVICE, power);
        ……
    
        // ActivityManagerService作为ApplicationFramework最重要的服务
        ActivityManagerService.setSystemProcess();
        ActivityManagerService.installSystemProviders();
        ActivityManagerService.self().setWindowManager(wm);   
    　　// We now tell the activity manager it is okay to run third party
    　　// code.  It will call back into us once it has gotten to the state
    　　// where third party code can really run (but before it has actually
    　　// started launching the initial applications), for us to complete our
    　　// initialization.
    　　//系统服务初始化准备就绪，通知各个模块
        ActivityManagerService.self().systemReady(new Runnable() {
    
               public void run() {
                      startSystemUi(contextF);
                      batteryF.systemReady();
                      networkManagementF.systemReady();
                      usbF.systemReady();
                      ……
    
                      // It is now okay to let the various system services start their
                      // third party code...
                      appWidgetF.systemReady(safeMode);
                      wallpaperF.systemReady();
               }
        });
    
        //
        //BOOTPROF
        addBootEvent(new String("Android:SysServerInit_END"));
        Looper.loop();
    }

到这里系统ApplicationFramework层的XxxServiceManager准备就绪，可以开始跑上层应用了，我们的第一个上层应用HomeLauncher。

HomeActivity又是如何启动的呢？

Activity的启动必然和ActivityManagerService有关，我们需要去看看

ActivityManagerService.systemReady( )中都干了些什么。

五 Home界面启动

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
    　　　　……
    　　　　//ready callback
           if (goingCallback != null)
                  goingCallback.run();
    
           synchronized (this) {
                  // Start up initial activity.
                  // ActivityStack mMainStack;
                  mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);
           }
    ……
    
    }
    
    final boolean resumeTopActivityLocked(ActivityRecord prev) {
    　　// Find the first activity that is not finishing.
    　　ActivityRecord next = topRunningActivityLocked(null);
    　　if (next == null) {
    　　　　// There are no more activities!  Let's just start up the
    　　　　// Launcher...
    　　　　if (mMainStack) {
    　　　　　　//ActivityManagerService mService;
    　　　　　　return mService.startHomeActivityLocked();
    　　　　}
    　　}
    　　……
    }

然后就启动了Home界面，完成了整个Android启动流程。

整个过程如下：

![Center 2][]

![Image 1][]

[Image 1]: 
[Center]: /images/20220806/7992459d9c97423497a9f5ce04a193bc.png
[Center 1]: /images/20220806/a76d00f88ac64102a636ae5c5302780f.png
[Center 2]: /images/20220806/a0096442c4a048c3820cfeecf116f361.png