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第一步:启动linux

1.Bootloader

2.Kernel

第二步 android系统启动:入口为init.rc(systemcore ootdir)

1./system/bin/service manager: Binder 守护进程;

2.Runtime;

3.Zygote :app-process/app-main;

4.Start VM;

5.Start server

6.Start android service:Register to service Manager

7.Start Launcher

第三步:应用程序启动:运行package Manager

l  Init进程

Android系统在启动时首先会启动Linux系统,引导加载Linux Kernel并启动init进程。Init进程是一个由内核启动的用户级进程,是Android系统的第一个进程。该进程的相关代码在platformsystemcoreinitinit.c。在main函数中,有如下代码:

open_devnull_stdio();  
    log_init();  
      
    INFO("reading config file
");  
    init_parse_config_file("/init.rc");  
  
    /* pull the kernel commandline and ramdisk properties file in */  
    import_kernel_cmdline(0);  
  
    get_hardware_name(hardware, &revision);  
    snprintf(tmp, sizeof(tmp), "/init.%s.rc", hardware);  
    init_parse_config_file(tmp);

这里会加载解析init.rc和init.hardware.rc两个初始化脚本。*.rc文件定义了在init进程中需要启动哪些进程服务和执行哪些动作。其详细说明参见platformsystemcoreinit eademe.txt。init.rc见如下定义:

service servicemanager /system/bin/servicemanager  
    user system  
    critical  
    onrestart restart zygote  
    onrestart restart media  
  
service vold /system/bin/vold  
    socket vold stream 0660 root mount  
    ioprio be 2  
  
service netd /system/bin/netd  
    socket netd stream 0660 root system  
    socket dnsproxyd stream 0660 root inet  
  
service debuggerd /system/bin/debuggerd  
  
service ril-daemon /system/bin/rild  
    socket rild stream 660 root radio  
    socket rild-debug stream 660 radio system  
    user root  
    group radio cache inet misc audio sdcard_rw  
  
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  
  
service drm /system/bin/drmserver  
    user drm  
    group system root inet

具体解析过程见platformsystemcoreinitInit_parser.c。解析所得服务添加到service_list中,动作添加到action_list中。

接下来在main函数中执行动作和启动进程服务:

      execute_one_command();  
        restart_processes()

通常init过程需要创建一些系统文件夹并启动USB守护进程、Android Debug Bridge守护进程、Debug守护进程、ServiceManager进程、Zygote进程等。

l  ServiceManager进程

ServiceManager进程是所有服务的管理器。由init.rc对ServiceManager的描述service servicemanager /system/bin/servicemanager可知servicemanager进程从platformframeworksasecmdservicemanagerService_manager.cpp启动。在main函数中有如下代码:

int main(int argc, char **argv)  
{  
    struct binder_state *bs;  
    void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;  
  
    bs = binder_open(128*1024);  
  
    if (binder_become_context_manager(bs)) {  
        LOGE("cannot become context manager (%s)
", strerror(errno));  
        return -1;  
    }  
  
    svcmgr_handle = svcmgr;  
    binder_loop(bs, svcmgr_handler);  
    return 0;  
}

首先调用binder_open()打开Binder设备(/dev/binder),调用binder_become_context_manager()把当前进程设置为ServiceManager。ServiceManager本身就是一个服务。

int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)  
{  
    return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);  
}

最后binder_loop()进入循环状态,并设置svcmgr_handler回调函数等待添加、查询、获取服务等请求。

l  Zygote进程

Zygote进程用于产生其他进程。由init.rc对zygote的描述service zygot /system/bin/app_process可知zygote进程从platfromframeworksasecmdsapp_processApp_main.cpp启动。在main函数中有如下代码:

       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);  
        } else {  
            set_process_name(argv0);  
  
            runtime.mClassName = arg;  
  
            // Remainder of args get passed to startup class main()  
            runtime.mArgC = argc-i;  
            runtime.mArgV = argv+i;  
  
            LOGV("App process is starting with pid=%d, class=%s.
",  
                 getpid(), runtime.getClassName());  
            runtime.start();  
        }

首先创建AppRuntime,即AndroidRuntime,建立了一个Dalvik虚拟机。通过这个runtime传递com.android.internal.os.ZygoteInit参数,从而由Dalvik虚拟机运行ZygoteInit.java的main(),开始创建Zygote进程。在其main()中,如下所示:

       registerZygoteSocket();  
            EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,  
                SystemClock.uptimeMillis());  
            preloadClasses();  
            //cacheRegisterMaps();  
        preloadResources();  
            EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,  
                SystemClock.uptimeMillis());  
  
            // Finish profiling the zygote initialization.  
          SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();  
  
            // Do an initial gc to clean up after startup  
          gc();  
  
            // If requested, start system server directly from Zygote  
            if (argv.length != 2) {  
                throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);  
            }  
  
            if (argv[1].equals("true")) {  
                startSystemServer();  
            } else if (!argv[1].equals("false")) {  
                throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);  
            }

首先通过registerZygoteSocket()登记端口,接着preloadClasses()装载相关类。这里大概要装载1000多个类,具体装载类见platformframeworksasepreloaded-classes。这个文件有WritePreloadedClassFile类自动生成。分析该类的main函数,有如下一段筛选类的代码:

       // Preload classes that were loaded by at least 2 processes. Hopefully,  
        // the memory associated with these classes will be shared.  
        for (LoadedClass loadedClass : root.loadedClasses.values()) {  
            Set<String> names = loadedClass.processNames();  
            if (!Policy.isPreloadable(loadedClass)) {  
                continue;  
            }  
  
            if (names.size() >= MIN_PROCESSES ||  
                    (loadedClass.medianTimeMicros() > MIN_LOAD_TIME_MICROS && names.size() > 1)) {  
                toPreload.add(loadedClass);  
            }  
        }  
  
        int initialSize = toPreload.size();  
        System.out.println(initialSize  
                + " classses were loaded by more than one app.");
        // Preload eligable classes from applications (not long-running  
        // services).  
        for (Proc proc : root.processes.values()) {  
            if (proc.fromZygote() && !Policy.isService(proc.name)) {  
                for (Operation operation : proc.operations) {  
                    LoadedClass loadedClass = operation.loadedClass;  
                    if (shouldPreload(loadedClass)) {  
                        toPreload.add(loadedClass);  
                    }  
                }  
            }  
        }

其中MIN_LOAD_TIME_MICROS等于1250,当类的装载时间大于1.25ms,则需要预装载。

Policy.isPreloadable()定于如下:

   /**Reports if the given class should be preloaded. */  
    public static boolean isPreloadable(LoadedClass clazz) {  
        return clazz.systemClass && !EXCLUDED_CLASSES.contains(clazz.name);  
    }

其中EXCLUDED_CLASSES如下定义:

   /**  
     * Classes which we shouldn"t load from the Zygote.  
     */  
    private static final Set<String> EXCLUDED_CLASSES  
            = new HashSet<String>(Arrays.asList(  
        // Binders  
        "android.app.AlarmManager",  
        "android.app.SearchManager",  
        "android.os.FileObserver",  
        "com.android.server.PackageManagerService$AppDirObserver",  
  
        // Threads  
        "android.os.AsyncTask",  
        "android.pim.ContactsAsyncHelper",  
        "java.lang.ProcessManager"  
    ));

这几个Binders和Thread是不会被预加载的。

另外还有一些application需要装载,要求满足条件proc.fromZygote()且不是属于常驻内存的服务。SERVICES定义如下:

   /**  
     * Long running services. These are restricted in their contribution to the   
     * preloader because their launch time is less critical.  
     */  
    // TODO: Generate this automatically from package manager.  
    private static final Set<String> SERVICES = new HashSet<String>(Arrays.asList(  
        "system_server",  
        "com.google.process.content",  
        "android.process.media",  
        "com.android.bluetooth",  
        "com.android.calendar",  
        "com.android.inputmethod.latin",  
        "com.android.phone",  
        "com.google.android.apps.maps.FriendService", // pre froyo  
        "com.google.android.apps.maps:FriendService", // froyo  
        "com.google.android.apps.maps.LocationFriendService",  
        "com.google.android.deskclock",  
        "com.google.process.gapps",  
        "android.tts"  
    ));

preloaded-classes是在下载源码的时候生成,WritePreloadedClassFile类并没有被用到,但可以通过这个类了解Android系统对预加载类的默认要求,参考修改preloaded-classes文件,减少开机初始化时要预加载的类,提高开机速度。

最后来通过startSystemServer()启动SystemServer进程。见如下代码:

       /* 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",  
            "com.android.server.SystemServer",  
        };  
        ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;  
  
        int pid;  
  
        try {  
            parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);  
  
            /*  
             * Enable debugging of the system process if *either* the command line flags  
             * indicate it should be debuggable or the ro.debuggable system property  
             * is set to "1"  
             */  
            int debugFlags = parsedArgs.debugFlags;  
            if ("1".equals(SystemProperties.get("ro.debuggable")))  
                debugFlags |= Zygote.DEBUG_ENABLE_DEBUGGER;  
  
            /* Request to fork the system server process */  
            pid = Zygote.forkSystemServer(  
                    parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,  
                    parsedArgs.gids, debugFlags, null,  
                    parsedArgs.permittedCapabilities,  
                    parsedArgs.effectiveCapabilities)

Zygote包装了Linux的fork。forkSystemServer()调用forkAndSpecialize(),最终穿过虚拟机调用platformdalvikvm ativedalvik_system_Zygote.c中Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize()。由dalvik完成fork新的进程。

main()最后会调用runSelectLoopMode(),进入while循环,由peers创建新的进程。

l  SystemService进程

SystemService用于创建init.rc定义的服务之外的所有服务。在main()的最后有如下代码:

       // 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);  
          
        System.loadLibrary("android_servers");  
        init1(args);

Init1()是在native空间实现的,用于启动native空间的服务,其实现在com_android_server_SystemServer.cpp中的android_server_SystemServer_init1():

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

    而system_init()服务初始化创建native层的各个服务:

   // Start the sensor service  
  SensorService::instantiate();  
  
    // On the simulator, audioflinger et al don"t get started the  
    // same way as on the device, and we need to start them here  
    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();  
    }

最后通过如下代码:

   LOGI("System server: starting Android services.
");  
    runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

回到SystemServer.java,调用init2():

   public static final void init2() {  
        Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");  
        Thread thr = new ServerThread();  
        thr.setName("android.server.ServerThread");  
        thr.start();  
    }

Init2启动一个线程,专门用来启动java空间的所有服务。如下代码所示启动部分服务:

           Slog.i(TAG, "Content Manager");  
            ContentService.main(context,  
                    factoryTest == SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL);  
  
            Slog.i(TAG, "System Content Providers");  
            ActivityManagerService.installSystemProviders();  
  
            Slog.i(TAG, "Battery Service");  
            battery = new BatteryService(context);  
            ServiceManager.addService("battery", battery);  
  
            Slog.i(TAG, "Lights Service");  
            lights = new LightsService(context);  
  
            Slog.i(TAG, "Vibrator Service");  
            ServiceManager.addService("vibrator", new VibratorService(context));  
  
            // only initialize the power service after we have started the  
            // lights service, content providers and the battery service.  
          power.init(context, lights, ActivityManagerService.getDefault(), battery);  
  
            Slog.i(TAG, "Alarm Manager");  
            AlarmManagerService alarm = new AlarmManagerService(context);  
            ServiceManager.addService(Context.ALARM_SERVICE, alarm);

并且把这些服务添加到ServiceManager中,以便管理和进程间通讯。

在该线程后半部分,ActivityManagerService会等待AppWidget、WallPaper、IMM等systemReady后调用自身的systemReady()。

           ((ActivityManagerService)ServiceManager.getService("activity"))  
                    .setWindowManager(wm);  
  
            // Skip Bluetooth if we have an emulator kernel  
            // TODO: Use a more reliable check to see if this product should  
            // support Bluetooth - see bug 988521  
            if (SystemProperties.get("ro.kernel.qemu").equals("1")) {  
                Slog.i(TAG, "Registering null Bluetooth Service (emulator)");  
                ServiceManager.addService(BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE, null);  
            } else if (factoryTest == SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {  
                Slog.i(TAG, "Registering null Bluetooth Service (factory test)");  
                ServiceManager.addService(BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE, null);  
            } else {  
                Slog.i(TAG, "Bluetooth Service");  
                bluetooth = new BluetoothService(context);  
                ServiceManager.addService(BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE, bluetooth);  
                bluetooth.initAfterRegistration();  
                bluetoothA2dp = new BluetoothA2dpService(context, bluetooth);  
                ServiceManager.addService(BluetoothA2dpService.BLUETOOTH_A2DP_SERVICE,  
                                          bluetoothA2dp);  
  
                int bluetoothOn = Settings.Secure.getInt(mContentResolver,  
                    Settings.Secure.BLUETOOTH_ON, 0);  
                if (bluetoothOn > 0) {  
                    bluetooth.enable();  
                }  
            }

而在ActivityManagerService的systemReady()最后会执行如下代码:

           mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);

    由于Activity管理栈为空,因此启动Launcher。

       // Find the first activity that is not finishing.  
        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) {  
                return mService.startHomeActivityLocked();  
            }  
        }

在startHomeActivityLocked()中创建一个带Category为CATEGORY_HOME的Intent,由此去启动相应Activity,即Launcher。

       Intent intent = new Intent(  
            mTopAction,  
            mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);  
        intent.setComponent(mTopComponent);  
        if (mFactoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {  
            intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);  
        }

这样,Android系统便启动起来进入到待机界面。