Android系統(tǒng)啟動流程

對于純Android應(yīng)用層開發(fā)來講汁尺，了解一些Android的啟動流程的知識并不會直接提高自己的代碼質(zhì)量屋讶。但是作為整個Android系統(tǒng)的開端悴能，這部分的流程時刻影響著應(yīng)用層的方方面面窃躲。這些知識也是作為Android開發(fā)進階必須要了解的一部分嫂伞。

過去你可能會有疑問方椎，比如為什么所有應(yīng)用的父進程號都是同一個聂抢？ActivityManagerService是怎么來的？Android上的Java虛擬機什么時候被加載的辩尊？

本文來分析總結(jié)一下Android 系統(tǒng)在啟動的Init涛浙、Zygote、SystemServer摄欲，來幫助大家了解一下轿亮。

一：Init

當(dāng)用戶按下開機鍵的時候，引導(dǎo)芯片加載BootLoader到內(nèi)存中胸墙，開始拉起Linux OS我注，一旦Linux內(nèi)核啟動完畢后，它就會在系統(tǒng)文件中尋找 init.rc 文件迟隅，并啟動init 進程但骨。

什么是 init.rc 文件励七？

init.rc文件是一個非常重要的配置文件，它由AIL語言（Android Init Language）編寫奔缠。

（init.rc的一個小細(xì)節(jié)：Android8.0后對init.rc文件進行了拆分掠抬，比如64位的Zygote的啟動腳本在init.zygote64.rc文件中）

在啟動的init進程中，會進入system/core/init/init.cpp文件的main方法中校哎，關(guān)鍵代碼如下：

int main(int argc,char ** argv){
    
    ...
    if(is_first_stage){
        //創(chuàng)建和掛在啟動所需要的文件目錄
        mount("tmpfs","/dev","tmpfs",MS_NOSUID,"mode=0755");
        mkdir("/dev/pts",0755);
        //創(chuàng)建和掛在很多...
        ...
    }
    
    ...
    //對屬性服務(wù)進行初始化
    property_init();
    
    ...
    //用于設(shè)置子進程信號處理函數(shù)（如Zygote）两波，如果子進程異常退出，init進程會調(diào)用該函數(shù)中設(shè)定的信號處理函數(shù)來處理
    signal_handler_init();
    
    ...

    //啟動屬性服務(wù)
    start_property_service();
    
    ...
    
    //解析init.rc配置文件
    parser.ParseConfig("/init.rc");
    
}

上述代碼中，有一個概念是 屬性服務(wù),經(jīng)常玩Windows 的同學(xué)應(yīng)該知道WIndows注冊表，注冊表采用鍵值對的形式來記錄用戶轻绞、軟件的一些使用信息，這樣即使系統(tǒng)或者軟件重啟也能夠根據(jù)之前注冊表中的記錄來進行相應(yīng)的初始化劣坊。init進程啟動的屬性服務(wù)，就是用來儲存這些屬性的屈留。

屬性服務(wù)的查詢和修改都是通過Socket進行的局冰，系統(tǒng)文件內(nèi)定義對多為8個用戶提供服務(wù)。并且屬性服務(wù)中的系統(tǒng)屬性分為兩種：普通屬性和控制屬性绕沈∪裣耄控制屬性用來執(zhí)行一些命令帮寻，比如開機的動畫就使用了這種屬性乍狐。

在處理了繁多的任務(wù)后，init進程會進行最關(guān)鍵的一部操作: 啟動Zygote

代碼在 frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp中：

int main(int argc ,char* const argv[]){
    ...
    if(zygote){
        //啟動Zygote進程
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",args,zygote);
    }
}

總結(jié)一下固逗，init進程啟動后做了哪幾件事：

(1)創(chuàng)建和掛載啟動所需要的文件和目錄

(2)初始化和啟動屬性服務(wù)浅蚪。

(3)解析init.rc配置文件，并且啟動了Zygote進程

二：Zygote

（1）Zygote概述:

在Android系統(tǒng)中烫罩，DVM(Dalvik虛擬機)和ART惜傲、應(yīng)用程序進程以及運行系統(tǒng)關(guān)鍵服務(wù)的SystemServer進程都是由Zygote進程創(chuàng)建的，我們也將它稱為孵化器（本來字面意思就是受精卵...）贝攒。它通過fork復(fù)制進程的形勢來創(chuàng)建應(yīng)用進程和SystemServer進程盗誊，由于Zygote進程在啟動時會創(chuàng)建DVM或者ART，因此通過fork而創(chuàng)建的應(yīng)用程序進程和SystemServer進程可以在內(nèi)部獲取一個DVM或者ART的實例副本隘弊。

init.rc文件引入Zygote的啟動腳本哈踱，這些腳本都是由AIL編寫的。

由于Android 5.0后,Android開始支持64位程序梨熙，Zygote也就有了32位與64位之分开镣。一共有四種Zygote啟動腳本：

init.zygote32.rc

init.zygote32_64.rc

init.zygote64.rc

init.zygote64_32.rc

（2）Zygote啟動流程

Zygote啟動時主要調(diào)用app_main.cpp的main()中的AppRuntime的start方法來啟動Zygote進程。我們先展示app_main.cpp中的main函數(shù)咽扇。

frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp：

int main(int argc,char* const argv[]){
    ...
    
    while( i < argc ){
        const char* arg=argv[i++];
        
        if(strcmp(arg,"--zygote")==0){
            //如果當(dāng)前進程在Zygote中邪财，則設(shè)置zygote=true
            zygote=true;
            niceName=ZYGOTE_NICE_NAME;
        }else if(strcmp(arg,"--start-system-server")==0){
            //如果當(dāng)前進程在SystemServer中陕壹，將startSystemServer=true
            startSystemServer=true;
        }
        ...
    }
    ...
    //承接上面Init進程中的代碼
    if(zygote){
        //啟動Zygote進程
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",args,zygote);
    }
}

由于Zygote進程都是通過fock自身來創(chuàng)建子進程，這樣Zygote進程和他的子進程（比如SystemServer）都可以進入app_main.cpp的main函數(shù)中树埠，因此需要區(qū)分一下當(dāng)前進程運行在哪個進程里糠馆。

接下來我們進入 runtime.start中看看：

frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp：

void AndroidRuntime::start(const char* className,const Vector<String8>& options,bool zygote){
    ...
    
    //startVm函數(shù)用于啟動Java虛擬機
    if(startVm(&mJavaVM,&env,zygote)!=0){
        return;
    }
    onVmCreated(env);
    //為Java虛擬機注冊JNI方法
    if(startReg(env)<0){
        return;
    }
    ...
    //從app_main的main方法中得知，className是com.android.internal.os.ZygoteInit
    classNameStr=env->NewStringUTF(className);
    
    ...
    
    //找到ZygoteInit類
    jclass startClass=env->FindClass(slashClassName);
    
    ...
    //找到ZygoteInit的main方法
    jmethodID startMeth=env->GetStaticMethodID(startClass,"main","([Ljava/lang/String;)V");
    
    ...
    //通過JNI調(diào)用ZygoteInit的main方法
    env->CallStaticVoidMethod(startClass,startMeth,strArray);
}

以上代碼就厲害了怎憋，它從Init進程中的AndroidRuntime的main函數(shù)榨惠，啟動了Java虛擬機，并且通過JNI啟動了Zygote盛霎，一波操作之后赠橙，Zygote順利從Native層進入了Java層。

隨后我們進入ZygoteInit中愤炸，看看它的main方法做了什么期揪。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java：

public static void main(String argv[]){
    ...
    //創(chuàng)建一個Server端的Socket,socketName值為：zygote
    zygoteServer.registerServerSocket(socketName)；
    
    if(!enableLazyPreload){
        ...
        //預(yù)加載類和資源
        preload(bootTimingsTraceLog);
    }else{
        ...
    }
    
    if(startSystemServer){
        //啟動SystemServer進程
        startSystemServer(abiList,socketName,zygoteSerer);
    }
    //等待AMS的請求
    zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
    zygoteServer.closeServerSocket();
}

大致代碼就此結(jié)束规个。

總結(jié)一下ZygoteInit的main方法都做了哪些事情：

**1.創(chuàng)建了一個Server端的Socket（名為zygote凤薛，AndroidQ之后改為在ZygoteServer的構(gòu)造中創(chuàng)建該Socket，以及USAPSocket）

ZygoteServer(boolean isPrimaryZygote) {
mUsapPoolEventFD = Zygote.getUsapPoolEventFD();

    if (isPrimaryZygote) {
        mZygoteSocket = Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);
        mUsapPoolSocket =
                Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(
                        Zygote.USAP_POOL_PRIMARY_SOCKET_NAME);
    } else {
        mZygoteSocket = Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.SECONDARY_SOCKET_NAME);
        mUsapPoolSocket =
                Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(
                        Zygote.USAP_POOL_SECONDARY_SOCKET_NAME);
    }

    mUsapPoolSupported = true;
    fetchUsapPoolPolicyProps();
}

2.預(yù)加載類和資源

3.啟動了SystemServer進程

4.等待AMS請求創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程**

最后再總結(jié)一下Zygote進程啟動公做了幾件事：

1.創(chuàng)建AndroidRuntime并調(diào)用其start方法诞仓，啟動Zygote進程缤苫。

2.創(chuàng)建Java虛擬機并為Java虛擬機注冊JNI方法。

3.通過JNI調(diào)用ZygoteInit的main函數(shù)進入Zygote的java框架層墅拭。

4.通過registerZygoteSocket方法創(chuàng)建服務(wù)端Socket活玲，并通過runSelectLoop方法等待AMS的請求來創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程。

5.啟動SystemServer谍婉。

三：SystemServer

SystemServer進程主要用于創(chuàng)建系統(tǒng)服務(wù)舒憾，我們熟知的AMS、WMS穗熬、PMS都是由它來創(chuàng)建的镀迂。

在前面講到過，Zygote進程啟動了SystemServer進程唤蔗，我們看一下啟動部分的代碼探遵。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java:

private static boolean startSystemServer(String abiList,String socketName){
    ...
    //判斷進程是否是SystemServer
    if(pid == 0){
        ...
        //關(guān)閉Zygote的Socket
        zygoteServer.closeServerSocket();
        //啟動SystemServer進程
        handleSystemServerProcess(parsedArgs);
    }
}

由于SystemServer是Zygote進程fork出來的，所以該進程也擁有一個ZygoteServer所開啟等待AMS連接的Socket實例副本妓柜。在這里并不需要這個Socket箱季，所以關(guān)閉。

接下來看看handleSystemServerProcess()方法领虹。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java:

private static void handleSystemServerProcess(ZygoteConnection.Arguments parsedArgs){
    ...
    ClassLoader cl=null;
    if(systemServerClasspath!=null){
        //在這里創(chuàng)建了PathClassLoader
        cl = createPathClassLoader(systemServerClasspath,parsedArgs.targetSdkVersion);
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
    }
    //zygoteInit方法
    ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,parsedArgs.remainingArgs,cl);
}

就是這里规哪，創(chuàng)建了大名鼎鼎的 PathClassLoader。

接下來看看zygoteInit方法塌衰。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java:

public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion,String[] argv,ClassLoader classLoader){
    ...
    //就在該方法中诉稍，啟動了Binder線程池
    ZygoteInit.nativeZygoteInit();
    //進入SystemServer的main方法
    RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion,argv,classLoader);
}

nativeZygoteInit方法一看名稱蝠嘉，就知道是在Native層的代碼。用來啟動Binder線程池杯巨，這樣SystemServer進程就可以使用Binder與其他進程進行通信了蚤告。

再講一下RuntimeInit的applicationInit方法，該方法用于啟動SystemServer（以及后來我們的應(yīng)用程序進程的啟動）服爷。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java:

protected static void applicationINit(int targetSdkVersion,String[] argv,ClassLoader classLoader){
    ...
    invokeStaticMain(args.startClass,args.startArgs,classLoader);
}

...

private static void invokeStaticMain(String className,String[] argv,ClassLoader classLoader){
    Class<?> cl;
    ...
    
    //className是com.android.server.SystemServer
    cl=Class.forName(className,true,classLoader);
    
    ...
    //找到SystemServer的main方法
    m=cl.getMethod("main",new Class[]{String[].class});
    
    ...
    //拋出異常杜恰，這里拋出異常中調(diào)用了SystemServer的main方法
    throw new Zygote.MethodAndArgsCaller(m,argv);
    
}

在invokeStaticMain方法最后，以拋出異常的方式調(diào)用了SystemServer的main方法（之后在啟動其他應(yīng)用進程的時候仍源，也是這樣調(diào)用ActivityThread的main方法的）心褐。這種處理會清除所有設(shè)置過程需要的堆棧幀。

接下來我們解析一下SystemServer進程笼踩。

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

public static void main(String[] args){
    //就一行代碼
    new SystemServer().run();
}

private void run(){
    ...
    //創(chuàng)建消息Looper
    Looper.prepareMainLooper();
    //加載動態(tài)庫
    System.loadLibrary("android_servers");
    //創(chuàng)建SystemServiceManager
    mSystemServiceManager=new SystemServiceManager(mSystemContext);
    
    ...
    //啟動引導(dǎo)服務(wù)
    startBootstrapServices();
    //啟動核心服務(wù)
    startCoreServices();
    //啟動其他服務(wù)
    startOtherServices();
    
    ...
}

我們可以看到SystemServer在啟動后逗爹，陸續(xù)啟動了各項服務(wù)，包括ActivityManagerService嚎于，PowerManagerService掘而，PackageManagerService等等，而這些服務(wù)的父類都是SystemService于购。

最后總結(jié)一下SystemServer進程：

1.啟動Binder線程池

2.創(chuàng)建了SystemServiceManager（用于對系統(tǒng)服務(wù)進行創(chuàng)建袍睡、啟動和生命周期管理）

3.啟動了各種服務(wù)

結(jié)尾

到此為止，本文基本結(jié)束了肋僧。Android系統(tǒng)啟動代碼繁多斑胜，我們只截取了部分關(guān)鍵代碼作為展示。最后總結(jié)一下色瘩，Init進程伪窖、Zygote、SystemServer的關(guān)系居兆，如果還是有不懂的童鞋可以記住：

盤古（Linux 內(nèi)核）開天辟地后竹伸，世上誕生了女媧（Init進程）泥栖，女媧過于孤獨決定要個孩子，就用泥巴捏了個亞當(dāng)（Zygote）勋篓，后來亞當(dāng)也覺得整天就跟他媽在一起也太煩了吧享，決定造個女孩，于是用自己的肋骨（fork）創(chuàng)建了一個夏娃（SystemServer）譬嚣，于是萬物開始...

本文大量參考《Android 進階解密》一書钢颂，同時建議對Android底層有興趣的童鞋搞一本看看，里面講解的必然比本文精辟不少拜银。

本文純手打殊鞭，歡迎各位點亮愛心遭垛，給個小小的贊以資鼓勵，謝謝