谈谈Android系统启动时的那点事儿

Posted 2020-07-09

   android系统完整的启动过程，从系统层次角度可分为Linux系统层、Android系统服务层、Zygote进程模型三个阶段；从开机到启动Home Launcher完成具体的任务细节可分为七个步骤，下面就从具体的细节来解读Android系统完整的初始化过程。

一、启动BootLoader

        Android 系统是基于Linux操作系统的，所以它最初的启动过程和Linux一样。当设备通电后首先执行BootLoader引导装载器，BootLoader是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境引导进入合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的运行环境。

        而Linux系统启动时：
        1）        首先要加载Bios的硬件信息，并获取第一个启动设备的代号
        2）        读取第一个启动设备的MBR的引导加载程序（lilo、grub等）的启动信息。
        3）        加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并且尝试驱动所有的硬件设备。
        …………

        在嵌入式系统中，通常不会有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载任务都是通过BootLoader完成的。

二、加载系统内核

        Linux内核映像通常包括两部分代码，分别为实模式代码和保护模式代码。当BootLoader装载内核映像到代码段内存时，分别放置实模式代码和保护模式代码到不同的位置，然后进入实模式代码执行，实模式代码执行完成后转入保护模式代码。

        实模式和保护模式的概念再次不做过多解释，读者可以自行查阅资料。

三、启动Init进程

        当系统内核加载完成之后，会首先启动Init守护进程，它是内核启动的第一个用户级进程，它的进程号总是1。 Init进程启动完成之后，还负责启动其他的一些重要守护进程，包括：
        Usbd进程（USB Daemon）：USB连接后台进程，负责管理USB连接。
        adbd 进程（Android Debug Bridge Daemon）：ADB连接后台进程，负责管理ADB连接。
        debuggerd 进程(Debugger Daemon) ：调试器后台进程，负责管理调试请求及调试过程。
        rild进程 (Radio Interface Layer Daemon)： 无线接口层后台进程，负责管理无线通信服务。

四、启动Zygote进程

        Init进程和一些重要的守护进程启动完成之后，系统启动Zygote 进程。Zygote 进程启动后，首先初始化一个Dalvik VM实例，然后为它加载资源与系统共享库，并开启Socket监听服务，当收到创建Dalvik VM实例请求时，会通过COW（copy on write）技术最大程度地复用自己，生成一个新的Dalvik VM实例。Dalvik VM实例的创建方法基于linux系统的fork原理。

        其实，我个人理解，Zygote进程就相当于Linux系统中的fork进程。由它可以在系统运行期间，接收到创建虚拟机请求时，孵化Dalvik VM实例。Zygote进程孵化Dalvik VM实例流程如下图所示：

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图1  Zygote进程孵化Dalvik VM实例流程

五 、启动Runtime进程

        在Zygote进程启动完成之后，Init进程会启动Runtime进程。Runtime进程首先初始化服务管理器（Service Manager），并把它注册为绑定服务（Binder services）的默认上下文管理器，负责绑定服务的注册与查找。然后Runtime进程会向Zygote进程发送启动系统服务（System Service）的请求，Zygote进程收到请求后，会“孵化”出一个新的Dalvik VM实例并启动系统服务进程。Runtime进程的启动流程如下图所示：

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图2  Runtime进程启动流程图

六、启动本地服务

        System Service会首先启动两个本地服务（由C或C++编写的native服务），Surface Flinger和Audio Flinger，这两个本地系统服务向服务管理器注册成为IPC服务对象，以便在需要它们的时候很容易查找到。然后SystemService 会启动一些 Android 系统管理服务，包括硬件服务和系统框架核心平台服务，并注册它们成为IPC服务对象。本地服务进程的启动流程如下图所示：

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图3  SystemService启动本地服务流程图

七、启动Home Laucher

        当SystemService加载了所有的系统服务后就意味着系统就准备好了，它会向所有服务发送一个系统准备完毕（systemready） 广播。SystemService系统服务进程的启动流程如图1-6所示。当ActivityManagerService 接收到systemready广播后，会向Zygoute进程发送创建Dalvik 虚拟机实例的请求，Zygoute进程会负责生成一个新的Dalvik 虚拟机实例，然后ActivityManagerService在系统中查找具有<category android:name = "android.intent.category.HOME"/>属性的Activity，并启动它。ActivityManagerService同时也会使用同样的方法启动Contact（联系人）应用程序。

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图4  启动Home Laucher流程图