Android的开机启动流程

Posted 2020-12-01 务实求知

1、android的开机启动流程

Android的层次框架图，如下所示：

图片清晰地展示了Android的五层架构，从上到下依次是：应用层、应用框架层、库层、运行时层以及Linux内核层。Android的启动流程是自下向上的，大体上可以分为三个阶段：1、BootLoader引导启动内核；2、启动Linux内核；3、启动Android系统。

Android的启动流程如下所示：

接下来具体地描述一下启动过程：

Step 1. Boot Rom

当长按电源开机的时候，引导芯片开始从固化在ROM的预设代码开始执行，然后将加载引导程序到RAM中。

 

Step 2. BootLoader

BootLoader又称为引导程序，它在运行操作系统之前运行的一段程序，是运行的第一个程序。主要的功能有检查RAM、初始化一些硬件外设等功能，它最终的目的是启动操作系统。

文件的路径为：

/bootable/bootloader/

BootLoader的最主要功能是将操作系统进行启动，把操作系统的镜像文件拷贝到RAM中去，然后跳转到它的入口处去执行，我们称之为启动加载模式，该过程没有用户的介入，是它正常的工作模式，其步骤如下：

Stage 1：

（1）硬件初始化，为Stage 2的执行以及随后内核的运行准备好基本的硬件环境；

（2）为加载Stage 2准备RAM空间，为了获得更好的执行速度，通常把Stage 2加载到RAM中执行；

（3）复制Stage 2的代码到RAM中；

（4）设置好堆栈；

（5）跳转到Stage 2的C程序入口。

Stage 2：

（1）初始化本阶段要使用的硬件设备；

（2）检测系统内存映射；

（3）将内核镜像和根文件系统从ROM读到RAM中；

（4）为内核设置好启动参数；

（5）启动内核。

 

Step 3. 初始化Kernel

接着就开始进入C语言编写的结构无关的代码了，这个入口的函数是start_kernel函数，该函数完成了内核的大部分初始化工作，实际上，可以将start_kernel函数看作是内核的main函数。start_kernel函数执行到最后调用了rest_init函数进行后续的初始化，该函数的最主要任务就是启动内核线程kernel_init。kernel_init函数将完成设备驱动程序的初始化，并调用init_post函数启动用户空间的init进程，到init_post函数为止，内核的初始化已经基本完成。

文件路径：

/kernel/init/main.c

 

Step 4. init进程

当初始化内核之后，就会启动一个相当重要的祖先进程，也就是init进程，在Linux系统中，所有的进程都是由init进程直接或间接fork出来的。init进程负责创建系统中最关键的几个子进程，尤其是Zygote进程，另外，它还提供了property service，类似于Windows系统的注册表服务。

在Android系统中，会有一个init.rc脚本，init进程一旦启动就会读取并解析这个脚本文件，把其中的元素整理成自己的数据结构（链表）。

文件路径：

/system/core/init/init.c
/system/core/rootdir/init.rc
/system/core/init/readme.txt

 

Step 5. Zygote进程

当init进程创建之后，会fork出一个Zygote进程，这个进程是所有Java进程的父进程。我们知道，Linux是基于C的，而Android是基于Java的（底层也是C），所有这里就会fork出一个Zygote Java进程用来fork出其它的进程。在Zygote开启的时候，会调用ZygoteInit.main()进行初始化。

接下来，看一段ZygoteInit.main()的源码：

public static void main(String argv[]) {

......

    // 加载zygote的时候，会传入参数，startSystemServer变为true
     boolean startSystemServer = false;
     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]);
                }
            }

......

         // 启动的SystemServer进程
     if (startSystemServer) {
                startSystemServer(abiList, socketName);
         }
......
}

源码的文件路径：

/framework/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

 

Step 6. SystemServer进程

前面的ZygoteInit.java文件中，通过startSystemServer()函数fork出了SystemServer进程，这个进程在整个Android系统中非常重要，它和Zygote进程一样，是Android Framework层的两大重要进程。系统里面的服务都是在这个进程里面开启的，例如AWS、WindowsManager等都是由这个SystemServer进程fork出来的。

在下面的代码中，可以看到服务如何开启并具体开启了哪些服务：

public final class SystemServer {


    // The main entry point from zygote.
    public static void main(String[] args) {
        new SystemServer().run();
    }

    public SystemServer() {
        // Check for factory test mode.
        mFactoryTestMode = FactoryTest.getMode();
    }

    private void run() {

......

        // 初始化原生服务库
        System.loadLibrary("android_servers");
        nativeInit();

        // 初始化系统上下文
        createSystemContext();

        // 创建SystemServiceManager对象
        mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);

        // 开启服务
        try {
            startBootstrapServices();
            startCoreServices();
            startOtherServices();
        } catch (Throwable ex) {
            Slog.e("System", "******************************************");
            Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
            throw ex;
        }
        
        ......

        // Loop forever.
        Looper.loop();
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

    //初始化系统上下文对象mSystemContext，并设置默认的主题。
    private void createSystemContext() {
        ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
        mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
        mSystemContext.setTheme(android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar);
    }

    //在这里开启了几个核心的服务，因为这些服务之间相互依赖，所以都放在了这个方法里面。
    private void startBootstrapServices() {
    
......
    
        //初始化ActivityManagerService
        mActivityManagerService = mSystemServiceManager
              .startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
        mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);

        //初始化PowerManagerService，因为其他服务需要依赖这个Service，因此需要尽快的初始化
        mPowerManagerService = mSystemServiceManager
              .startService(PowerManagerService.class);

        // 现在电源管理已经开启，ActivityManagerService负责电源管理功能
        mActivityManagerService.initPowerManagement();

        // 开启DisplayManagerService
        mDisplayManagerService = mSystemServiceManager
              .startService(DisplayManagerService.class);

        // 开启PackageManagerService
        mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext,mInstaller,
              mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);

......
    }

    private void startCoreServices() {...}// 启动一些基本服务。
    
    private void startOtherServices() {...}// 启动其他服务。
}

源文件文件路径：

/framework/base/core/java/com/android/server/SystemServer.java

 

Step 7. Home Activity

 在上面的ActivityManagerService开启之后，会调用finishBooting()函数，完成引导过程，同时发送开机广播"ACTION_BOOT_COMPLETED"。

下面是finishBooting()源码：

final void finishBooting() {

......
    final int userId = mStartedUsers.keyAt(i);
    Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED, null);
    intent.putExtra(Intent.EXTRA_USER_HANDLE, userId);
    intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_NO_ABORT);
    broadcastIntentLocked(...);
......

}

文件路径：

/frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

之后就会开启系统的主程序-Launcher程序，完成系统界面的加载与显示。

 

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