Android 启动流程

CDSY,CDSY.XYZ

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 Android 4.0 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

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);
    }
}

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：

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

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 进程是作为属性服务（Property service），维护这些 NativeService。

二 ServiceManager 启动

在 .rc 脚本文件中 zygote 的描述：

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

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.

在 .rc 脚本文件中 zygote 的描述：

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

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。

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

接着到了 AndroidRuntime 类中：frameworks\base\core\jni\AndroidRuntime.cpp

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);
}

到了 ZygoteInit.java 中的静态 main 函数中，从 C++ -> JAVA

ZygoteInit

真正Zygote进程:

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

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();
}

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

在 Zygote 进程进入循环之前，调用了 startSystemServer();

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 */
}

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

//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);
}

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：

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
}
}

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。

SystemServer 的执行 init1()

// frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java

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_init
extern "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;
}

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();

SystemServer 的执行 init2()

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();
}

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

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();
    }
  }
  ……
}

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：

CDSY,CDSY.XYZ