【转载】 Android系统启动过程 @ 自由手記

Android系统启动过程

首先Android框架架构图：（来自网上，我觉得这张图看起来很清晰）

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）

　　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

[url=]

[/url]
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); }}[url=]

[/url]

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：

[url=]

[/url]
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.revents == POLLIN) { if (ufds.fd == get_property_set_fd()) handle_property_set_fd(); else if (ufds.fd == get_keychord_fd()) handle_keychord(); else if (ufds.fd == get_signal_fd()) handle_signal(); } } }}[url=][/url]

　　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**（Property service），维护这些NativeService。

二 ServiceManager启动

在.rc脚本文件中zygote的描述：

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

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：

[url=][/url]
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[url=][/url]

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。

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

（2）接着到了AndroidRuntime类中：

frameworks\base\core\jni\AndroidRuntime.cpp

[url=][/url]
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);}[url=][/url]

　　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

[url=][/url]
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();}[url=][/url]

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( );

[url=][/url]
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 */ }[url=][/url]

（2）RuntimeInit中：

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

[url=][/url]
//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);}[url=][/url]

（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：

[url=][/url]
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 }}[url=][/url]

　　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

[url=][/url]
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_initextern "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;}[url=][/url]

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();

（5）SystemServer的执行 init2( )

[url=][/url]
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();}[url=][/url]

　　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

[url=][/url]
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();　　　　}　　}　　……}[url=][/url]

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：