菜鸟学Android源码－Android System StartUp Process

本文主要是介绍菜鸟学Android源码－Android System StartUp Process，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

（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：
开机流程

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 startupTrace.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;}