當咱們按下電源鍵，Android 究竟作了些什麼？

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本文由 goo發表於 雲+社區專欄

相信咱們對Android系統都不陌生，而Android系統博大精深，被各類各樣的智能設備承載的同時，咱們會否好奇過，如此複雜的Android到底是怎麼運做起來的呢？借本文給你們分享，筆者對Android 系統啓動流程的總體理解~

hi, I'm Android

如今，按下電源鍵

下面是Android啓動的核心步驟流程圖，看文字的時候，記得回來對照圖來理解喔，但願閱讀全文後，回觀流程圖，會有恍然大悟的感受，那麼文章的目的就達到啦~

總體流程

1、啓動電源及系統啓動

系統從 ROM 中開始啓動，加載引導程序到 RAM ，而後執行。

2、引導程序

引導程序是 Android 操做系統開始運行前的一個小程序，所以它須要針對特定主板與芯片，並非 Android 操做系統的一部分。引導程序是 OEM 廠商或運行商進行加鎖、限制的地方。

1 兩個階段

1. 檢測外部 RAM 以及爲第二階段加載程序
2. 設置網絡、內存等，搭建內核運行環境（爲了達到特殊目的時，引導程序能夠根據配置參數或者輸入數據來設置內核）

2 引導程序的加載器

Android引導程序能夠在bootablebootloaderlegacyusbloader找到，傳統的加載器包含的兩個文件：

1. init.s 初始化堆棧，清零BSS段，會調用 main.c 中的 _main()函數 （bss segment：一般是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域；BSS - Block Started by Symbol。BSS段屬於靜態內存分配）
2. main.c 初始化硬件，建立 linux 標籤

3、內核啓動

Android 內核啓動方式相似桌面 linux，主要步驟：

1. 設置緩存

2. 被保護存儲器

3. 計劃列表

4. 加載驅動

當內核完成系統設置，接下來即將啓動系統的第一個進程 -- init 進程

4、init 進程

做爲 Android 系統的第一個進程，其PID爲0，經過解析 init.rc 腳本來構建出系統初始運行形態，這一階段中，「Android」 logo 會顯示出來

（系統中，大多數系統服務程序都是在該腳本中描述並被相繼啓動的）

init.rc 由4種類型聲明組成：Actions、Commands、Services、Options

• Actions：響應某事件的過程。當「trigger」所描述的觸發事件產生時，則依次執行各類「command」 源碼角度：系統會對 init.rc 中各「trigger」進行匹配，當發現符合條件的 Action，就將它加入「命令執行隊列」尾部（除非 Action 已存在隊列中），而後系統再對這些命令按順序進行。on <trigger> ##觸發條件 <command1> ##執行命令 <command2> ##可執行多個命令 ...
• Commands：命令將在所屬事件發生時被一個個執行
• Services：可執行程序，它們在特定選項的約束下會被 init 程序運行或者重啓（Service 能夠在配置中指定是否須要退出重啓，那麼，當 Service 出現異常 crash 時，可有機會復原）service <name><pathname> [<argument>]* <option> <option>
• Options:對 service 的約束選項

五和6、 ServiceManager、Zygote、SystemServer

科普：Daemons - 守護進程

init進程經過解析 init.rc 來陸續啓動其餘關鍵的系統服務進程，其中最重要的是 ServiceManager、Zygote 和 SystemServer 三者，下面咱們逐一解析：

1 ServiceManager -- Binder 機制支撐者

概述：ServiceManager 是 Binder 機制中的支撐者，負責某 Binder 服務註冊信息到底層 Binder 驅動分配的值解析。

ServiceManager 由 init 進程解析 rc 腳本時啓動，屬於 core 類，其餘同類進程包括：uenetd、console、adbd等。根據 core 組的特性，這些進程會同時啓動或中止。另外，ServiceManager 配置含有 critical 屬性，這意味着它是系統關鍵進程（若是進程不幸在4分鐘內異常退出超過4次，設備將重啓並進入還原模式）。當 ServiceManager 每次重啓時，其餘關鍵進程：zygote、media、surfaceflinger 等也會被 restart。

2. Zygote -- 「孕育」新線程與進程

Android 中大多數應用進程與系統進程都是經過 Zygote 來生成的。Zygote 一樣由 init 解析 rc 腳本時啓動，屬於 main 類，同屬 main 類的系統進程有：netd、debuggerd、rild等。Zygote並非處於獨立的程序中的，它所在程序名爲「app_process」，觀察 app_process 主函數實現知道，若是 init.rc 中指定了 --zygote選項，app_process 接下來將啓動「ZygoteInit」，並傳入「start-system-server」,這樣，ZygoteInit 就會運行在虛擬機上（Dalvik VM）上了。

• ZygoteInit 函數有兩項重要工做
• 預裝載各類系統類
• 搭建 SystemServer 環境，並啓動 SystemServer（大部分的 Android 系統服務都在其中，由 Java 編寫）

• ZygoteInit 流程總結

  （

  摘自：Gityuan -- Android 系統啓動-Zygote 篇

  ）

  1. 解析init.zygote.rc中的參數，建立AppRuntime並調用AppRuntime.start()方法；
  2. 調用AndroidRuntime的startVM()方法建立虛擬機，再調用startReg()註冊JNI函數；
  3. 經過JNI方式調用ZygoteInit.main()，第一次進入Java世界；
  4. registerZygoteSocket()創建socket通道，zygote做爲通訊的服務端，用於響應客戶端請求；
  5. preload()預加載通用類、drawable和color資源、openGL以及共享庫以及WebView，用於提升ap啓動效率；
  6. zygote完畢大部分工做，接下來再經過startSystemServer()，fork得力幫手system_server進程，也是上層framework的運行載體。
  7. zygote功成身退，調用runSelectLoop()，隨時待命，當接收到請求建立新進程請求時當即喚醒並執行相應工做。

ZygoteInit 結束後，開機Logo就出來了。

（注意：這裏並不包括開機動畫，而是開機前 「Android」 Logo 出現的那個畫面，開機動畫出現以前還須要進行各類加載，開機動畫是在「Android」 Logo 出現以後才播放的）

3. SystemServer -- 大部分 Android 系統服務所在地

SystemServer 是 Android 進入 Launcher 前的最後準備，它提供了衆多的由「Java」語言編寫的系統服務。

若是 init.rc 中爲 zygote 指定啓動參數 --start-system-server，那麼 ZygotyeInit 就會調用 startSystemServer 來進入 SystemServer。

• startSystemServer函數解析：
• 首先 ZygoteInit 經過 Zygote.forkSystemServer 來生成一個新的線程（fork），用於承載各類系統服務。（源碼角度：Zygote 內部由 Native 函數 Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer 來進一步實現，最終調用底層接口的 fork 接口來實際產生進程）
• 根據fork特性，子進程與父進程將得到相同的代碼環境。pid爲0爲子進程，不然爲父進程；若是是前者，則進一步調用 handleSystemServerProcess(parseArgs) 函數來完成最核心的工做 -- 「啓動各系統服務」（源碼角度：handleSystemServerProcess 方法將 startSystemServer 中的 parsedArgs.remainingArgs 參數傳給 RuntimeInit.zygoteInit，後者又調用 nativeZygoteInit 函數）
• nativeZygoteInit 調用後，接着，三個重要的 static 函數就要被執行了：init1 - 完成本地Service(SurfaceFlinger、AudioFlinger等)啓動，完成後調用 init2、init2 - 新建一個新的帶 Looper 的線程 ServerThread來啓動 Java層各 Service

後語

上面對 Android 系統啓動作了一個簡述，意在給你們展示一個總體流程，其中每一個環節涉及的知識點只是淺淺掠過，筆者也尚在學習與探索中，但願在後續再做詳細分析。

資源推薦

• Gityuan - Android 開篇
• 老羅的Android之旅
• 《深刻理解 Android 內核設計思想》 由淺入深，落實到源碼層面上進行探索，知識頗有深度

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