Android源码之系统启动

Android系统启动概述

上电开机，CPU获取第一条指令，执行BootLoader引导装载程序；

BootLoader加载Linux内核并启动内核，加载各种驱动和数据结构；

内核启动第一个用户进程，也就是内核空间到用户空间启动的第一个进程——init进程（c代码）；

init进程读取配置文件init.rc，配置文件中会启动一个Zygote孵化器进程App_main.cpp（由c进入c++代码）；

Zygote进程启动Java级别的第一个进程ZygoteInit.java（从c++到了java代码）；

ZygoteInit进程分叉出新的进程SystemServer.java；

SystemServer中jni调用init1方法，找到SystemServer.cpp类，又执行system_init方法，找到System_init.cpp；

System_init中启动各种硬件服务，并回调SystemServer.java的init2方法，init2中启动ServerThread线程；

ServerThread初始化Looper轮询器、启动各种服务，调用systemReady方法，找到ActivityManagerService；

ActivityManagerService加载各种组件，调用resumeTopActivityLocked方法，找到ActivityStack类；

ActivityStack调用startHomeActivityLocked方法，返回待机画面的Activity，系统启动完成。

注：Bootloader是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，它的主要作用是把系统OS拉起来并运行。

Android系统启动过程图

 

核心源码位置

关键类	路径
init.c	system/core/init/init.c
init.rc	system/core/rootdir/init.rc
Zygote.java	frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java
ZygoteInit.java	frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
SystemServer.java	frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
com_android_server_SystemServer.cpp	frameworks/base/services/jni/...

Android系统启动详述

1、init.c源代码的main方法如下：（system/core/init/init.c）

init这个进程是一个守护进程，确切的说，它是Linux系统中用户控件的第一个进程，所以它的进程号是1。它的生命周期贯穿整个linux 内核运行的始终， linux中所有其它的进程的共同始祖均为init进程。

int main(int argc, char **argv)
{
    ...
    创建目录并且挂载该目录
    log_init(); //初始化日志
    ...
    init_parse_config_file("/init.rc"); //解析配置文件init.rc
    ...
    return 0;
}

2、init.rc配置文件（system/core/rootdir/init.rc）

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

解读：在Init.zygote32.rc中，定义了一个zygote服务：zygote，由关键字service告诉init进程创建一个名为zygote的进程，这个进程要执行的程序是：/system/bin/app_process，给这个进程四个参数：

 -Xzygote：该参数将作为虚拟机启动时所需的参数

 /system/bin：代表虚拟机程序所在目录

 --zygote：指明以ZygoteInit.java类中的main函数作为虚拟机执行入口

--start-system-server：告诉Zygote进程启动SystemServer进程

3、Zygote孵化器进程App_main.cpp（由c进入c++代码）

int main(int argc, const char* const argv[])
{
    ...
    AppRuntime runtime; //Android运行时环境
    if (i < argc) {
        arg = argv[i++];
        if (0 == strcmp("--zygote", arg)) {
            bool startSystemServer = (i < argc) ? 
                    strcmp(argv[i], "--start-system-server") == 0 : false;
            setArgv0(argv0, "zygote");
            set_process_name("zygote");
            runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
                startSystemServer); //启动Java级别的第一个进程ZygoteInit.java
        }
       ...

}

4、com.android.internal.os.ZygoteInit Java类（java层的孵化器进程）

public static void main(String argv[]) {
    try {
        VMRuntime.getRuntime().setMinimumHeapSize(5 * 1024 * 1024); //设置最小堆内存5M
        ...
        preloadClasses(); //预加载类和资源 ，该方法细节看2步
        // Do an initial gc to clean up after startup
        gc(); //强制执行一次垃圾收集
        // 传入的参数满足if 等于true，不然抛异常
        if (argv[1].equals("true")) {
            startSystemServer();//详情看第3步
        } 
        ...
}//end main

//2步 preloadClasses()
private static void preloadClasses() {
    final VMRuntime runtime = VMRuntime.getRuntime();
    InputStream is = ZygoteInit.class.getClassLoader().getResourceAsStream(
            PRELOADED_CLASSES);//类的配置文件 1800多个类
        try {
            BufferedReader br
                = new BufferedReader(new InputStreamReader(is), 256);
            int count = 0;
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                    Class.forName(line);//加载每一个类
                   ...
    }

//3步 startSystemServer()方法
private static boolean startSystemServer()
        throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
    /* Hardcoded command line to start the system server */
    String args[] = {
        "--setuid=1000",
        "--setgid=1000",
        "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,3001,3002,3003",
        "--capabilities=130104352,130104352",
        "--runtime-init",
        "--nice-name=system_server",//进程的名字system_server
        "com.android.server.SystemServer",//启动的类名
    };
    ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
    int pid;
    try {
        //把参数封装到对象中
        parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
        //分叉进程
        pid = Zygote.forkSystemServer(
                parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                parsedArgs.gids, debugFlags, null,
                parsedArgs.permittedCapabilities,
                parsedArgs.effectiveCapabilities);
    ...
    return true;
}

注：Zygote进程共做了如下几件事。

       1. 创建AppRuntime并调用其start方法，启动Zygote进程。
       2. 创建JavaVM并为JavaVM注册JNI.
       3. 通过JNI调用ZygoteInit的main函数进入Zygote的Java框架层。
       4. 通过registerZygoteSocket函数创建服务端Socket，预加载类和资源，并通过runSelectLoop函数等待如ActivityManagerService等的请求。
       5. 启动SystemServer进程。

5、com.android.server.SystemServer 分叉出该进程，main方法主要代码如下：

SystemServer是由Zygote孵化而来的一个进程，通过ps命令，我们发现其进程名为：system_server。

有两个方法：init1()启动Native世界，init2()启动Android的Framework世界。

public static void main(String[] args) {
    ...
    // The system server has to run all of the time, so it needs to be
    // as efficient as possible with its memory usage.
    VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);
    //加载android_servers库 jni
    System.loadLibrary("android_servers"); //加载 libxxx.so文件
    init1(args);//通过jni调用的目的：通过c来启动底层的硬件服务
}
native public static void init1(String[] args); //在c或c++中实现

6、com_android_server_SystemServer.cpp， 该类的主要代码如下：

会启动系统的硬件服务，比如Audio、Camera等。

extern "C" int system_init(); //类似java的抽象方法，在System_init.cpp中，详情看2步
static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
    system_init();
}

/*
 * JNI registration.
 */
static JNINativeMethod gMethods[] = {
    /* name, signature, funcPtr */
    { "init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1 },
};

//2步 System_init.cpp类 中system_init()方法主要代码如下：
extern "C" status_t system_init()
{
    LOGI("Entered system_init()");

    // Start the sensor service
    SensorService::instantiate();

    // 启动硬件服务（c代码才可以直接操作硬件）
    if (!proc->supportsProcesses()) {

        // Start the AudioFlinger
        AudioFlinger::instantiate();

        // Start the media playback service
        MediaPlayerService::instantiate();

        // Start the camera service
        CameraService::instantiate();

        // Start the audio policy service
        AudioPolicyService::instantiate();
    }


    LOGI("System server: starting Android runtime.\n");

    AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();

    LOGI("System server: starting Android services.\n");
    //详情看3步
    runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

    ...
    return NO_ERROR;

  //3步 SystemServer类的静态方法init2，代码如下：
public static final void init2() {
    Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");
    //启动线程
    Thread thr = new ServerThread();
    thr.setName("android.server.ServerThread");
    thr.start();
}

7、ServerThread类的run方法，主要代码如下：

ServerThread是SystemServer的内部类。

@Override
public void run() {
    //轮询器的初始化
    Looper.prepare();
    ...
    //启动各种服务

    // make sure the ADB_ENABLED setting value matches the secure 
   //几种服务的ready准备
   ...

    ((ActivityManagerService)ActivityManagerNative.getDefault())
            .systemReady(new Runnable() { //systemReady方法
        public void run() {
            Slog.i(TAG, "Making services ready");

            if (statusBarF != null) statusBarF.systemReady2();
            if (batteryF != null) batteryF.systemReady();
            if (connectivityF != null) connectivityF.systemReady();
            if (dockF != null) dockF.systemReady();
            if (usbF != null) usbF.systemReady();
            if (uiModeF != null) uiModeF.systemReady();
            if (recognitionF != null) recognitionF.systemReady();
            Watchdog.getInstance().start();

            // It is now okay to let the various system services start their
            // third party code...

            if (appWidgetF != null) appWidgetF.systemReady(safeMode);
            if (wallpaperF != null) wallpaperF.systemReady();
            if (immF != null) immF.systemReady();
            if (locationF != null) locationF.systemReady();
            if (throttleF != null) throttleF.systemReady();
        }
    });

    ...
    //轮询器已经开监听消息（轮询取消息）
    Looper.loop();
    Slog.d(TAG, "System ServerThread is exiting!");
}

8、ActivityManagerService类的systemReady方法，主要代码如下：

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
    ...
    final ArrayList<ComponentName> doneReceivers = new ArrayList<ComponentName>();
    ...
    加载各种Activity组件
    mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);
    }
}

9、ActivityStack类的resumeTopActivityLocked方法，主要代码如下：

final boolean resumeTopActivityLocked(ActivityRecord prev) {
     //系统刚开始启动，任务栈中还不存在Activity 
    ActivityRecord next = topRunningActivityLocked(null);    
    // Remember how we'll process this pause/resume situation, and ensure
    // that the state is reset however we wind up proceeding.
    final boolean userLeaving = mUserLeaving;
    mUserLeaving = false;
    //第一次加载，没有任何Activity存在
    if (next == null) {
        // There are no more activities!  Let's just start up the
        // Launcher...
        if (mMainStack) {
            //系统刚开始启动成功 ，返回的就是待机画面的Activity
            return mService.startHomeActivityLocked();
        }
    }
    ...

   }

视频学习路径

百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1qGQac82pil_5dql1zxZocQ 

提取码：a2wt 

感谢

https://segmentfault.com/a/1190000015945581

https://www.cnblogs.com/rocomp/p/5001639.html