【源碼分析】Android系統啟動流程

Android的啟動過程是從init開始的，它是所有後續進程的祖進程。

系統啟動的過程可以大致分為以下幾個步驟

1，init.c的啟動
    掛載目錄 初始化 解析配置文件
2,init.rc
3,在init.rc中app_main中啟動了zygote(孵化器)，AndroidRuntime
    Zygote這個進程是非常重要的一個進程，Zygote進程的建立是真正的Android運行空間，初始化建立的Service都是Navtive service
4，在zygote java類中開啟各種服務，並且開啟systemServer類
5，在systemServer中main--->init1(system_init)--->init2(systemThread)
6，home界面顯示, 這時Android系統啟動完畢. 進入到待機畫面

當系統引導程序啟動Linux內核時, 內核會加載各種數據結構和驅動程序. 有了驅動之後, 開始啟動Android系統並加載用戶級別的第一個進程init(system/core/init/Init.c).

    int main(int argc, char **argv)
    {
        ...

        // 創建各種文件夾和掛載目錄.
        mkdir("/dev", 0755);

        ...

        // 初始化日志.
        log_init();

        // 解析配置文件.
        init_parse_config_file("/init.rc");

        ...

        return 0;
    }

加載Init.rc文件. 主要啟動了一個Zygote(孵化器)進程, 此進程是Android系統啟動關鍵服務的一個母進程.

    service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
        socket zygote stream 666
        onrestart write /sys/android_power/request_state wake
        onrestart write /sys/power/state on
        onrestart restart media
        onrestart restart netd

Zygote進程的初始化在App_main.cpp文件中開啟, 代碼片段如下:

int main(int argc, const char* const argv[])
{
    // 定義Android運行時環境.
    AppRuntime runtime;
    int i = runtime.addVmArguments(argc, argv);

    ...

    bool startSystemServer = (i < argc) ? 
            strcmp(argv[i], "--start-system-server") == 0 : false;
    setArgv0(argv0, "zygote");
    set_process_name("zygote");

    // 使用運行時環境啟動Zygote的初始化類.
    runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
        startSystemServer);

    ...
}

現在從c或c++代碼進入到java代碼中, ZygoteInit.java初始化類, 代碼如下:

    public static void main(String argv[]) {
        // 加載系統運行依賴的class類.
        preloadClasses();

        ...

        if (argv[1].equals("true")) {
            // Zygote孵化器進程開始孵化系統核心服務.
            startSystemServer();
        } else if (!argv[1].equals("false")) {
            throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);
        }

        ...
    }

    private static boolean startSystemServer()
        throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
        String args[] = {
            "--setuid=1000",
            "--setgid=1000",
            "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,3001,3002,3003",
            "--capabilities=130104352,130104352",
            "--runtime-init",
            "--nice-name=system_server",
            "com.android.server.SystemServer",
        };

        ...

        // 孵化器分叉開啟SystemServer類, 並且把上面定義的參數.
        // 傳遞給此類. 用於啟動系統關鍵服務.
        pid = Zygote.forkSystemServer(
                parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                parsedArgs.gids, debugFlags, null,
                parsedArgs.permittedCapabilities,
                parsedArgs.effectiveCapabilities);

        ...
    }

Zygote進程分叉出SystemServer類, main函數如下:

    public static void main(String[] args) {
        ...

        // 加載本地的動態鏈接庫.
        System.loadLibrary("android_servers");

        // 調用動態鏈接庫中的c函數.
        init1(args);
    }

    // 這裡init1的函數定義在frameworks\base\services\jni\com_android_server_SystemServer.cpp下的方法.
    native public static void init1(String[] args);

com_android_server_SystemServer.cpp的代碼片段如下:

    static JNINativeMethod gMethods[] = {
        /* name, signature, funcPtr */
        // 把native方法init1, 映射到android_server_SystemServer_init1. (這裡是定義的函數指針)
        { "init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1 },
    };

    static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv* env, jobject clazz)
    {
        // 轉調
        system_init();
    }

    // 此方法沒有方法體.
    extern "C" int system_init();

system_init方法的方法體, 在System_init.cpp類中. 代碼如下:

    extern "C" status_t system_init()
    {
        ...

        // 開啟一些硬件相關的服務.
        SensorService::instantiate();

        ...

        // 獲取Android運行時環境
        AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();

        LOGI("System server: starting Android services.\n");
        // 調用SystemServer類中靜態方法init2. 從native層轉到java層.
        runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

        ...
    }

SystemServer下init2方法如下:

    public static final void init2() {
        Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");

        // 進入Android系統服務的初始化.
        Thread thr = new ServerThread();
        thr.setName("android.server.ServerThread");
        thr.start();
    }

ServerThread中的run方法如下:

    @Override
    public void run() {
        ...

        // 初始化系統的服務, 並且把服務添加ServiceManager中, 便於以後系統進行統一管理.
        ServiceManager.addService("entropy", new EntropyService());

        ...

        // 調用了ActivityManagerService的systemReady的方法.
        ((ActivityManagerService)ActivityManagerNative.getDefault())
                .systemReady(new Runnable() {
            public void run() {
                ...
            }
        });

        ...
    }

ActivityManagerService下的systemReady方法如下:

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
    ...

    // 調用了ActivityStack中的resumeTopActivityLocked去啟動Activity
    mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);
}

ActivityStack中的resumeTopActivityLocked方法如下:

    final boolean resumeTopActivityLocked(ActivityRecord prev) {
            // 找到第一個當前沒有關閉的Activity, 系統剛剛系統沒有任何Activity執行, 所以next為null
            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;

            if (next == null) {
                // There are no more activities!  Let's just start up the
                // Launcher...
                if (mMainStack) {
                    // 開啟Launcher應用的第一個Activity界面.
                    return mService.startHomeActivityLocked();
                }
            }
    }

home界面顯示, 這時Android系統啟動完畢. 進入到待機畫面.