Android啓動過程深刻解析

本文主要解決如下幾個問題：

• 當按下Android設備電源鍵時究竟發生了什麼？

• Android的啓動過程是怎麼樣的？

• 什麼是Linux內核？

• 桌面系統linux內核與Android系統linux內核有什麼區別？

• 什麼是引導裝載程序？

• 什麼是Zygote？

• 什麼是X86以及ARM linux？

• 什麼是init.rc?

• 什麼是系統服務？

  Android是一個基於Linux的開源操做系統。x86（x86是一系列的基於intel 8086 CPU的計算機微處理器指令集架構）是linux內核部署最多見的系統。然而，全部的Android設備都是運行在ARM處理器（ARM 源自進階精簡指令集機器，源自ARM架構）上，除了英特爾的Xolo設備(http://xolo.in/xolo-x900-features)。Xolo來源自凌動1.6GHz x86處理器。Android設備或者嵌入設備或者基於linux的ARM設備的啓動過程與桌面版本相比稍微有些差異。

當你按下電源開關後Android設備執行了如下步驟。

第一步：啓動電源以及系統啓動

當電源按下，引導芯片代碼開始從預約義的地方（固化在ROM）開始執行。加載引導程序到RAM，而後執行。

第二步：引導程序

引導程序是在Android操做系統開始運行前的一個小程序。引導程序是運行的第一個程序，所以它是針對特定的主板與芯片的。設備製造商要麼使用很受歡迎的引導程序好比redboot、uboot、qi bootloader或者開發本身的引導程序，它不是Android操做系統的一部分。引導程序是OEM廠商或者運營商加鎖和限制的地方。

引導程序分兩個階段執行。第一個階段，檢測外部的RAM以及加載對第二階段有用的程序；第二階段，引導程序設置網絡、內存等等。這些對於運行內核是必要的，爲了達到特殊的目標，引導程序能夠根據配置參數或者輸入數據設置內核。

Android引導程序能夠在\bootable\bootloader\legacy\usbloader找到。
傳統的加載器包含的個文件，須要在這裏說明：

1. init.s初始化堆棧，清零BBS段，調用main.c的_main()函數；

2. main.c初始化硬件（鬧鐘、主板、鍵盤、控制檯），建立linux標籤。

第三步：內核

Android內核與桌面linux內核啓動的方式差很少。內核啓動時，設置緩存、被保護存儲器、計劃列表，加載驅動。當內核完成系統設置，它首先在系統文件中尋找」init」文件，而後啓動root進程或者系統的第一個進程。

第四步：init進程

init是第一個進程，咱們能夠說它是root進程或者說有進程的父進程。init進程有兩個責任，一是掛載目錄，好比/sys、/dev、/proc，二是運行init.rc腳本。

• init進程能夠在/system/core/init找到。

• init.rc文件能夠在/system/core/rootdir/init.rc找到。

• readme.txt能夠在/system/core/init/readme.txt找到。

對於init.rc文件，Android中有特定的格式以及規則。在Android中，咱們叫作Android初始化語言。
Android初始化語言由四大類型的聲明組成，即Actions（動做）、Commands（命令）、Services（服務）、以及Options（選項）。

Action（動做）：動做是以命令流程命名的，有一個觸發器決定動做是否發生。

on <trigger>

     < command >

     < command >

     < command >

Service（服務）：服務是init進程啓動的程序、當服務退出時init進程會視狀況重啓服務。

service < name > < pathname > [< argument >]*

     < option >

     < option >

     ...

Options（選項）：選項是對服務的描述。它們影響init進程如何以及什麼時候啓動服務。

我們來看看默認的init.rc文件。這裏我只列出了主要的事件以及服務。

在這個階段你能夠在設備的屏幕上看到「Android」logo了。

第五步：

在Java中，咱們知道不一樣的虛擬機實例會爲不一樣的應用分配不一樣的內存。假如Android應用應該儘量快地啓動，但若是Android系統爲每個應用啓動不一樣的Dalvik虛擬機實例，就會消耗大量的內存以及時間。所以，爲了克服這個問題，Android系統創造了」Zygote」。Zygote讓Dalvik虛擬機共享代碼、低內存佔用以及最小的啓動時間成爲可能。Zygote是一個虛擬器進程，正如咱們在前一個步驟所說的在系統引導的時候啓動。Zygote預加載以及初始化核心庫類。一般，這些核心類通常是隻讀的，也是Android SDK或者核心框架的一部分。在Java虛擬機中，每個實例都有它本身的核心庫類文件和堆對象的拷貝。

Zygote加載進程

1. 加載ZygoteInit類，源代碼：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

2. registerZygoteSocket()爲zygote命令鏈接註冊一個服務器套接字。

3. preloadClassed 「preloaded-classes」是一個簡單的包含一系列須要預加載類的文本文件，你能夠在<Android Source>/frameworks/base找到「preloaded-classes」文件。

4. preloadResources() preloadResources也意味着本地主題、佈局以及android.R文件中包含的全部東西都會用這個方法加載。

在這個階段，你能夠看到啓動動畫。

第六步：系統服務或服務

完成了上面幾步以後，運行環境請求Zygote運行系統服務。系統服務同時使用native以及java編寫，系統服務能夠認爲是一個進程。同一個系統服務在Android SDK能夠以System Services形式得到。系統服務包含了全部的System Services。

Zygote建立新的進程去啓動系統服務。你能夠在ZygoteInit類的」startSystemServer」方法中找到源代碼。

核心服務：

• 啓動電源管理器；

• 建立Activity管理器；

• 啓動電話註冊；

• 啓動包管理器；

• 設置Activity管理服務爲系統進程；

• 啓動上下文管理器；

• 啓動系統Context Providers；

• 啓動電池服務；

• 啓動定時管理器；

• 啓動傳感服務；

• 啓動窗口管理器；

• 啓動藍牙服務；

• 啓動掛載服務。

其餘服務：

• 啓動狀態欄服務；

• 啓動硬件服務；

• 啓動網絡狀態服務；

• 啓動網絡鏈接服務；

• 啓動通知管理器；

• 啓動設備存儲監視服務；

• 啓動定位管理器；

• 啓動搜索服務；

• 啓動剪切板服務；

• 啓動登記服務；

• 啓動壁紙服務；

• 啓動音頻服務；

• 啓動耳機監聽；

• 啓動AdbSettingsObserver（處理adb命令）。

第七步：引導完成

一旦系統服務在內存中跑起來了，Android就完成了引導過程。在這個時候「ACTION_BOOT_COMPLETED」開機啓動廣播就會發出去。