Android开机启动过程分析

首先android是基于Linux的内核，只有先加载了kernel才能启动安卓，对Linux来讲android只是其上的1个利用程序。Android的启动大致可以形象的划分为3个进程：

Init->init.rc->zygote。从事嵌入式开发的人都知道，Linux加载完内核驱动后会挂载‘/’根文件系统，挂载完成后会履行‘/init’2进制程序，这也是内核启动后履行的第1个用户程序，android里面也是这样。这个程序的main函数位于android/system/core/init/init.c中，作为1个操作系统，初始化1般要完成以下几个工作：

1.创建需要的目录，挂载文件系统，输入和读取文件硬盘数据。

2.装载和设定全局的环境变量，为程序的运行搭建好必要的环境。

3.对android来讲，还需要运行Java虚拟机，这是安卓独有的跨平台特性。

4.加载和运行Framework框架，加载窗口桌面程序，也就是系统的GUI，最后将控制权交给用户后算启动完成。

根文件“/init”程序分析：

源码可以看出，init首先会创建1些必须的目录，如‘/dev’、‘/proc’、‘/sys’等。然后将装备mount到该目录下，mount完成后才可以创建装备节点。例如：

创建串口输出节点，串口重定向输出：

open_devnull_stdio();

在klog_init函数中创建了"/dev/__kmsg__"节点，以后很快unlink掉了，该函数复制了1份串口输出日志，日志包括从kernel启动到android初始化之间的打印信息，通过dmesg命令就能够打印出来。

其中还有以下代码：

property_init();该函数主要是加载1些默许的property属性，这些属性存在于build.prop，default.prop文件中。

get_hardware_name(hardware, &revision);该函数用于从"/proc/cpuinfo"节点中获得cpu的硬件和版本信息，将这些信息写入prop属性变量中。

process_kernel_cmdline();从节点“/proc/cmdline”中获得bootargs的环境变量，并设置到全局变量中以便后续使用。

在程序中系统会读取和解析init.rc文件，这个文件中更像是1些命令集合，但是程序并没有立即履行这些命令。而是先解析出来，依照1定规则进行整理放入1个链表中，init.rc中的命令其实不是像shell1样是1个直接的履行命令，而是有1个内部的映照，这些映照存在于init/keywords.h文件中，例如：

KEYWORD(mkdir,       COMMAND, 1, do_mkdir)；

KEYWORD(mount,       COMMAND, 3, do_mount)；

KEYWORD(rm,          COMMAND, 1, do_rm);

KEYWORD(rmdir,       COMMAND, 1, do_rmdir);

mkdir是rc中的命令，但do_mkdir才是真实的命令履行实体。

在init的后面有1个for循环，命令的履行是在其中完成的：
    for(;;) {

        execute_one_command();

        restart_processes();

        。。。。。。。。。。。。。。。

}其中execute_one_command会将命令提取出来，1条接1条的进行履行。命令中如果注册了1个service，那末它如果履行失败了，也还可以进行重新启动履行。

Service常常是单独的进程进行履行的，这些程序履行成功与否是系统关心的问题，系统需要监管这些进程，所以注册了1个信号处理函数handle_signal。如果子进程出现毛病比如内存溢出等，这时候会触发1个信号量，父进程在接收到该信号量后会到handle_signal中进行处理，父进程的有效管理，使得这些进程避免变成“野进程”或“僵尸进程”。信号处理函数wait_for_one_process中，如果等待的进程程序出错或超时会有“waitpid returned pid %d, status = %08x”的打印，平时如果某个service出错反复履行时就会有该打印。直到所有的service成功启动后，init才会正常退出for循环。

Init.rc初始化文件分析：

分析init.rc文件，通过该文件可以知道系统都做了哪些事情，比如其中的几个关键命令：

on property:ro.debuggable=1

start console

这类语句表示系统会读取prop属性(全局注册表)中的值，如果property:ro.debuggable=1则履行条件以下的语句start console，所以打开android的打印串口是在这地方做的。

sysclktz 0    

设置时区。

loglevel 3

设置log等级。

on property:ro.kernel.qemu=1

    start adbd

根据build.prop中的该属性设置决定是不是启动远程调试adbd。

service bootanim /system/bin/bootanimation

启动开机动画。

如果留意，Init.rc中会有1个以on开头后面跟1个字段的关键字，如：

on early-init  这类关键字和上面的prop后面随着1个值的方式不相同。它主要用于表示android的启动阶段，init在加载这些命令时其实不是依照从文件头到文件尾的方式，而是寻觅这些关键字，依照启动顺序顺次加载，履行时也依照这个顺序履行，例如这些阶段还有：

early-init、init、early-fs、early-boot、boot等。

在init.rc中还有1个很关键的阶段字，代码以下：
on emmc-fs

mount ext4 ext4@system /system ro

 mount ext4 ext4@userdata /data nosuid nodev

mount ext4 ext4@cache /cache nosuid nodev

这几条命令的意思是将@system分区，以ext4的文件系统格式挂载到根目录/system下，ro表示只读的意思。emmc-fs阶段要开始于其它的阶段，由于只有将系统的核心目录挂载了，才能进行后续操作。Init.rc除支持emmc，还支持nand，决定用哪个是系统自动辨认完成的，代码以下：  

       if ( check_flash_type() == NAND_TYPE) {

            action_for_each_trigger("fs", action_add_queue_tail);

        }

        else if ( check_flash_type() == EMMC_TYPE) {

            action_for_each_trigger("emmc-fs", action_add_queue_tail);

        }

通过检查bootargs中的关键字“hinand”或“mmcblk”知道flash的类型。

rc文件中有1个核心的关键字service，使用该关键字就是要把其后的命令扩大为1个服务，这个关键字的规则也是最复杂的，例以下面这条命令：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

    class main

    socket zygote stream 660 root system

    onrestart write /sys/android_power/request_state wake

    onrestart write /sys/power/state on

    onrestart restart media

    onrestart restart netd

这条命令使用service指令告知系统将zygote加入到系统服务中，service的语法为：

service service_name 可履行程序路径 可履行程序的入口参数

/system/bin/app_process为实际可履行的程序，后面‘-’为履行的参数。socket用于服务所使用到的socket，后面参数顺次为名称、类型、端口、地址。onrestart命令指定该服务重启的条件，即当满足这些条件后，zygote服务就需要重启；固然这些都是1些异常条件，也就是说如果media或netd产生异常重启时，zgote就需要重启。

如果sevices中有oneshot关键字，则表示该service只履行1次，例如：

service bootanim /system/bin/bootanimation

    class main

    user root

    group graphics

    disabled

    oneshot

表示开机动画履行1次，disabled表示如果出错或超时不会再次履行，更多具体的命令可参照init.rc文件。

Zygote卵孵化器分析：

从上面的分析可以看出，到目前为止都没有真正触及到android的东西，如果没有zygote那末安卓顶多算1个linux系统。Zygote进程是所有APK利用的父进程，其它进程都是由该进程孵化产生的，所以将其拟化为1个孵化器。通过android系统的虚拟机可以加载Java的开发环境，从功能上来讲，Java语言更类似于Shell和Base语言(属于伪代码)，与硬件打交道的任务交给了虚拟机去完成。虚拟机的任务就是屏蔽平台的差异属性，使得同1份Java语言可以同时运行于X86平台和ARM平台。Java语言另外的优势是面向对象，在利用开发方面比C语言更好用，缺点是运行效力比C差。

Zygote的实际履行程序是/system/bin/app_process，app_process的代码位于 frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp中。

分析app_main.cpp的代码，app_process会在AndroidRuntime.startVm函数中创建第1个虚拟机：

if (JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, &initArgs) < 0) {

        ALOGE("JNI_CreateJavaVM failed ");

        goto bail;

    }

同时app_process启动后会装载与framework的相干类和resource资源，检查/system/framework/下的jar包，将其中的jar文件通过dexopt优化变成dex文件，同时安装到/data/dalvik-cache/目录中，这样下1次履行时直接到该目录下寻觅。最后启动两个核心的类ZygoteInit.java和SystemServer.java类，这两个类都是以两个单独的进程启动的。SystemServer进程是Android系统的神经中枢，安卓利用直接交互的大部份系统服务都是在该进程中运行的，最关键的有：WindowManagerServer(Wms)、ActivityManagerSystemService（AmS）、PackageManagerServer(PmS)等，这些服务都是在该进程中以线程的方式启动的。

PackagemanagerService主要用来管理apk，该服务会解析apk中的组件，例如Activiey、Service等。系统初始化时会遍历/system/app/和/data/app/目录，将apk以包名的情势拷贝到/data/data/<pkgName>目录下，将apk中的class文件保存到/data/dalvik-cache/目录下，同时以相应的apk进行命名。服务利用PackageParser类解析apk中的AndroidManifest.xml文件获得包的1些信息，并将这些信息保存到/data/system/packages.xml和packages.list中，以便系统后续使用。这些信息应当只会读取1次，下次启动后会检查是不是有更新？如果没有就使用上1次的文件。

第1次开机时该服务还会去创建1些目录，如/data/目录下的data、app-asec、app-lib、app-private等。同时解析/system/etc/permissions/platform.xml文件，知道系统都定义了哪些系统权限和该权限对应可履行程序的uid。当用户安装利用时会弹出1个利用要求的权限，这些权限都是在这里定义的。从以上的步骤可以看出，第1次开机会做很多工作，这也就是为何android系统第1次启动都会很慢的缘由。

启动第1个Activity：

当所有的线程服务都启动完成后，其中的ActivityManagerService(AmS)服务会去检测其它服务是不是完成，这个是通过调用systemReady()函数来完成的，最后会履行以下代码：

mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);

也就是说AmS会履行最顶层的TopActivity，但是第1次开机TopActivity是没有的，这时候候就会有：

if (next == null) {

            // There are no more activities!  Let's just start up the

            // Launcher...

            if (mMainStack) {

                ActivityOptions.abort(options);

                return mService.startHomeActivityLocked(mCurrentUser);

            }

        }

也就是去加载HomeActivity，Android不像其它系统1样，将1个固定的Activity作为主界面程序加载，而是在AmS的starHomeActiviyLocked()中，系统发出1个catagory字段包括CATEGORY_HOME的intent。以下：

intent.setComponent(mTopComponent);

        if (mFactoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {

            intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);

        }

不管是哪一个利用程序，只要声明自己为该类型后，那就能够被认为是Home程序，系统并没有选取任何1个“Home”程序，而是将这个权利交给了用户，用户的选择决定了系统启动的Home，这个就是第1个启动的Acivity(当用户使用安卓系统启动后，会有1个选取界面的操作框，通过按键用户可以选取适合的Activity作为主界面)。当AmS要启动1个activity时，需要根据intent携带的activity名称，调用内部的PackageManager查询该名称对应的具体信息，如果存在就启动activity，否则返回失败。

当系统的Lancher界面启动显现完成后，系统的启动也就算完成了。

【本代码基于android4.2源码进行分析】

生活不易，码农辛苦
如果您觉得本网站对您的学习有所帮助,可以手机扫描二维码进行捐赠