Android從開機到打開第一個應用發生了什麼？

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序言

昨日阿里二面，跪的很慘，項目，算法，計算機基礎不問，問Linux內核，我是投的android實習崗，要求是對於android底層有很深厚的基礎，問了binder的實現機制，activity棧的管理回退等等，這都是android高級工程師進階的書裏纔會講的東西，這讓我很慌呀。啃底層，再戰。
講底層，先從系統啓動流程開始，這個過程發生了什麼，而後逐步分析這個每一個流程又作了些什麼，在咱們的系統中起到一個什麼做用。不打算深刻代碼細節去看，固然能力也是不夠的，從總體上有個森林。

啓動過程

先對啓動的過程來一個概覽，由於android是基於Linux，因此這裏從Linux內核的啓動開始到android中的相應服務的啓動，對於具體應用的開啓下面講。

根據這個圖，講一下整個流程。

1. 當咱們開機的時候，此時通電了，此時會產生一個肯定的復位時序，保證CPU是第一個被複位的器件，而後CPU開始執行第一條指令，該指令是位於固定的內存地址上的，所謂的引導程序。

2. BIOS從咱們的磁盤中尋找咱們操做系統引導程序，將引導程序加載到內存中，執行，而後將咱們的Linux內核加載到內存中。

3. 啓動init進程，這個進程是用戶態全部進程的祖先，內核態是叫作內核線程和用戶進程差很少。()

4. init進程首先經過fork建立子進程，首先是Daemon進程也就是守護進程，包括USB守護進程，Debug進程，無線通訊鏈接守護進程。

5. fork出Context Manager，經過上圖咱們能夠看出，android系統提供的服務都要向其進行註冊，而後其它的進程才能夠調用這個服務。

6. Media Server，這個服務是本地服務，不是Java服務，不須要再經過dalvik虛擬機裝載執行，本地服務單獨開啓了一個進程。這裏包括Audio Flinger和Camera Service。

7. Zygote，全部Android應用程序的祖先，其用來縮短應用程序的加載時間，具體怎麼節省，下面詳解。

8. System Server是android系統中的一個核心進程，提供了管理應用程序生命週期，地理位置信息等各類服務。同時其須要將自身註冊到Context Manager.可是咱們的服務管理器是基於C語言的，因此咱們須要JNI本地編程接口。這個時候Activity Manager Service會運行HOME應用。

大體咱們已經瞭解了啓動的流程Linux內核，init進程fork出多個進程，zygote用來孵化Java系統服務，同時孵化應用程序。接下來，咱們再深刻的去看一下。init進程作了什麼？zygote是如何被建立出來的。

init進程

init進程是第一個啓動的用戶進程，其它用戶進程都是其子進程，或者其子進程的子進程，，

init進程做用

• 子進程終止處理。

• 應用程序訪問設備驅動時，生成設備結點文件。

• 提供屬性服務，保存系統運行所須要的環境變量。

init運行

init進程會先註冊一些消息處理器，而後是建立並掛載啓動所須要的文件目錄（socket文件，虛擬內存文件），在dev目錄下生成設備節點文件，而後將標準輸入，輸出，錯誤輸出重定向到這裏。建立設備節點文件，建立輸出log的文件，同時將錯誤信息重定向到這裏，init進程生成輸出設備以後，開始解析init.rc腳本文件，記錄init進程執行的功能,init.rc用於通用的環境變量和進程相關的定義，經過函數 iparse_config_file來讀取其腳本，讀取分析以後，生成服務列表和動做列表。服務列表和動做列表會註冊到service_list和action_list中，其爲在init進程中聲明的全局結構體，調用device_init函數，生成靜態設別結點文件，以後，全局屬性值的生成在init進程中propertyinit函數中進行初始化，在共享內存區域，建立並初始化屬性值，對於全局屬性的修改，只有init進程能夠修改，當要修改的時候，須要預先向其提交申請，而後init進程經過以後，纔會去修改屬性值，提交申請的過程會建立一個socket用來接收提交的申請。執行到這系統將Android系統的Logo顯示在桌面上。這個時候設置事件處理循環的監視事件，註冊在POLL中的文件描述符會在poll函數中等待事件，事件發生，則從poll函數中跳出並處理事件。各類文件描述符都會前來註冊。

init.rc文件的處理過程

init.rc文件分析函數，經過read_file函數，parse_config函數，用來分析讀入的字符串。AIL ，Android Init Language編寫。
init.rc文件大體上分爲兩個部分，一部分是以「on」關鍵字開頭的動做列表，另外一部分是以」service」關鍵字開頭的服務服務列表。
動做列表：主要設置環境變量，生成系統運行所需的文件或目錄，修改相應的權限，並掛載和系統運行相關的目錄。在掛載文件的時候，主要掛載/system和/data兩個目錄，兩個目錄掛載完畢，android根文件系統準備好了。根文件系統大體可分爲shell使用程序，system目錄（提供庫和基礎應用），data目錄（保存用戶應用和數據）,Android採用閃存設備，其採用了yaffs2文件系統，啓動的時候要掛載到/system和/data目錄下，而後是on boot段落，該部分設置應用程序終止條件，應用程序驅動目錄和文件權限。爲各應用制定OOM調整至，OOM用來監視內核分配給應用程序的內存，當內存不足的時候，應用程序會被終止執行。
服務列表：init.rc腳本文件，service段落用來記錄init進程啓動的進程，由init進程啓動的子進程或者是一次性程序，系統相關的Daemon進程

建立設別節點文件：

和Linux相同，應用程序經過驅動程序訪問硬件設備，設備節點文件是設備驅動的邏輯文件，應用程序經過設備節點文件來訪問設備驅動程序。

設備節點的兩種建立方式，一種，根據預先定義的設備信息，建立設備節點文件，第二種，在系統運行中，當設備插入時，init進程會接收這一事件，爲插入設備動態建立設備節點文件。

當設備插入的時候內核會加載相應的驅動程序，然後驅動程序會調用啓動函數probe，將主，次設備號類型保存到/sys文件系統中。而後發出uevent，並傳遞給守護進程，vevent，是內核向用戶控件進程傳遞信息的信號系統，內核經過uevent將信息傳遞到用戶空間，守護進程會根據uevent讀取設備信息，建立設備節點文件。對於一些設備，採用冷插拔的方式，監聽設備的uevent，而後調用其函數，建立設備節點文件。

何爲設備節點文件

Linux對於系統中的設備都會抽象成一個文件，內核爲了高效的管理已經被打開的文件，經過一個文件描述符來表示，在Linux中Everything is file，經過這種方式，對於啓動的時候，對於文件描述符，0表明標註輸入，1表示標準輸出，2是錯誤處理，而後設備文件，socket文件都會得到一個文件描述符來表述它。可是Linux會對其作相應的限制，同時可能會對一些進程進行限制，限制給進程分配多少個文件描述符。

Zygote建立過程

對於Service的建立，在後面講到Service的時候單獨再說，先講Zygote，由於這是咱們的全部應用開啓的基石。由於zygote是Java代碼，因此須要裝載到Dalvik VM上執行，因此在啓動Zygote以前要啓動Dalvik VM，因此這裏要分爲兩步了，第一步啓動Dalvik VM，第二步是啓動Zygote。

1. 首先生成了一個AppRuntime對象，該類是繼承自AndroidRuntime的，該類用來初始化而且運行Dalvik 虛擬機，爲運行Android應用作好準備。接受main函數傳遞進來的參數，而後初始化虛擬機。

2. 虛擬機初始化以後，運行ZygoteInit類，經過路徑查找找到，如今程序的執行轉向了虛擬機Java代碼的執行，首先執行器main函數，接下來就是Zygote的做用過程了，在下面部分。

Zygote啓動應用過程

1. Zygote執行以後，首先是綁定一個套接字，用來接收從Activity Manager來的應用啓動請求（這裏咱們能夠想到網絡通信中的Socket通訊）

2. 將應用程序框架中的類，平臺資源（圖像，XML信息，字符串）預先加載到內存中，藉此提高程序的執行速度。Android也是經過在Zygote建立的時候加載資源，生成信息連接等，之後再有應用啓動，fork出一個子進程和父進程共享這些信息，而不須要從新加載，同時也共享虛擬機，由於虛擬機在初始化和建立的過程是很耗時的。

3. 前面也提到過一些system server也是java的，並且咱們的應用啓動等須要這些server的參與，因此在啓動應用以前先啓動了這些System server，而後啓動Server Thread來執行android framework的服務，同時這些服務在啓動的時候都是須要經過JNI向服務管理器Context Manager註冊。
   經歷了上述步驟的zygote處在輪詢監聽Socket，當有請求到達，讀取請求，fork出子進程，加載進程所須要的類，而後執行要執行程序的main函數，代碼轉給了Dalvik Vm，咱們的應用程序也就啓動起來了。這個時候，將關閉套接字，刪除請求描述符，防止出現重複啓動。

上面只是對總體流程進行了一個概述，細節涉及不深，這裏再提一下，虛擬機，到底是什麼呢？這裏的虛擬機能夠理解成，能夠解析Java字節碼的內存上的一條條指令，各個應用共享這個虛擬機，也就是都是知道虛擬機的內存中地址，傳遞進java字節碼，而後解析字節碼，將字節碼實際表明的操做反應出來，多個應用程序能夠交替使用，經過寄存器記錄彼此執行後的狀態。fork出一個進程以後，咱們裝載應用程序相應的類，而後執行。