圖解 | Android系統(tǒng)的啟動

5張圖搞懂Android系統(tǒng)啟動的核心流程~

大綱：

Zygote啟動
SystemServer啟動
Launcher啟動
總結
細節(jié)補充
參考資料

本文約1.9k字，閱讀大約8分鐘庐镐。

Android源碼基于8.0莫湘。

init進程是Linux內核啟動完成后在用戶空間啟動的第一個進程，主要負責初始化工作粗合、啟動屬性服務萍嬉、解析init.rc文件并啟動Zygote進程。

Zygote進程是一個進程孵化器隙疚，負責創(chuàng)建虛擬機實例壤追、應用程序進程、系統(tǒng)服務進程SystemServer供屉。他通過fork（復制進程）的方式創(chuàng)建子進程行冰，子進程能繼承父進程的系統(tǒng)資源如常用類溺蕉、注冊的JNI函數、主題資源悼做、共享庫等疯特。

由于Zygote進程啟動時會創(chuàng)建虛擬機實例，由Zygote fork出的應用程序進程和SystemServer進程則可以在內部獲取到一個虛擬機實例副本肛走。

Zygote啟動

init進程會解析配置文件init.rc漓雅，來啟動一些需要在開機時就啟動的系統(tǒng)進程，如Zygote進程朽色、ServiceManager進程等邻吞。

init.rc是由Android初始化語言編寫的腳本配置。由于Android 5.0開始支持了64bit程序葫男，在init.rc里改成了通過${ro.zygote}的值來引入Zygote相關的配置抱冷，

//system/core/rootdir/init.rc
import /init.${ro.zygote}.rc

${ro.zygote}的取值有4種，在init.rc的同級目錄/system/core/rootdir下梢褐，可以看到4個Zygote相關的配置文件旺遮，表示系統(tǒng)所支持程序的bit位數，

init.zygote32.rc利职，Zygote進程的執(zhí)行程序路徑為/system/bin/app_process
init.zygote64.rc趣效，Zygote進程的執(zhí)行程序路徑為/system/bin/app_process64
init.zygote32_64.rc，會啟動兩個Zygote進程猪贪，有兩個執(zhí)行程序跷敬，32為主模式
init.zygote64_32.rc，會啟動兩個Zygote進程热押，有兩個執(zhí)行程序西傀，64為主模式

我們看到init.zygote32.rc文件，

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    priority -20
    user root
    group root readproc reserved_disk
    socket zygote stream 660 root system
    ...

第一行中桶癣，service表示Zygote進程以服務的形式來啟動拥褂，zygote則是進程的名字，/system/bin/app_process是執(zhí)行程序的路徑牙寞，后面幾項則是傳給執(zhí)行程序的參數扫步，其中--start-system-server表示在Zygote進程啟動后需要啟動SystemServer進程。

然后是最后一行幸缕，Zygote進程是使用socket來進行跨進程通信的涵亏，所以會創(chuàng)建一個名為zygote的socket，660表示訪問權限rw-rw----惹挟，表示文件擁有者和同一群組用戶具有讀寫權限茄螃。

init進程啟動后，通過fork和execve來啟動Zygote進程连锯，

//system/core/init/service.cpp
bool Service::Start() {
    //fork出子進程
    pid = fork();
    if (pid == 0) {//子進程會返回0归苍，父進程會返回子進程的pid
        //strs[0]是執(zhí)行程序的路徑用狱，即execve會運行app_process
        if (execve(strs[0], (char**) &strs[0], (char**) ENV) < 0) {
        }
    }
}

運行執(zhí)行程序app_process的入口函數main，

//frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
int main(int argc, char* const argv[]){
    if (zygote) {
        //啟動Zygote拼弃，進入ZygoteInit.main函數
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
    }
}

至此Zygote就正式啟動了夏伊。

image

綜上，init進程讀取配置文件init.rc后肴敛，fork出Zygote進程署海，通過execve函數執(zhí)行Zygote的執(zhí)行程序app_process，進入ZygoteInit類的main函數医男。

下面詳細分析app_main和ZygoteInit砸狞。

native層app_main

前邊可知app_main.cpp的main函數會調用runtime.start()，

//frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
void AndroidRuntime::start(...){
    //1. 啟動java虛擬機
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    //2. 為java虛擬機注冊JNI方法
    if (startReg(env) < 0) {
        return;
    }
    //根據傳入的參數找到ZygoteInit類和他的main函數
    //3. 通過JNI調用ZygoteInit的main函數
    env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
}

Java層ZygoteInit

來到ZygoteInit的main函數镀梭，

//ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
    //是否要創(chuàng)建SystemServer
    boolean startSystemServer = false;
    //默認的socket名字
    String socketName = "zygote";
    //是否要延遲資源的預加載
    boolean enableLazyPreload = false;

    for (int i = 1; i < argv.length; i++) {
        if ("start-system-server".equals(argv[i])) {
            //在init.rc文件中刀森，有--start-system-server參數，表示要創(chuàng)建SystemServer
            startSystemServer = true;
        } else if ("--enable-lazy-preload".equals(argv[i])) {
            //init.rc沒有這個參數报账，資源的預加載不會被延遲
            enableLazyPreload = true;
        } else if (argv[i].startsWith(SOCKET_NAME_ARG)) {
            //init.rc可以通過--socket-name=指定socket名字來覆蓋默認值
            socketName = argv[i].substring(SOCKET_NAME_ARG.length());
        }
    }

    //1. 創(chuàng)建服務端socket研底，名字為socketName即zygote
    zygoteServer.registerServerSocket(socketName);

    if (!enableLazyPreload) {
        //2. 沒有被延遲，就預加載資源
        preload(bootTimingsTraceLog);
    }

    if (startSystemServer) {
        //3. fork并啟動SystemServer進程
        startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
    }

    //4. 等待AMS請求（AMS會通過socket請求Zygote來創(chuàng)建應用程序進程）
    zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
}

總結一下native層的3個環(huán)節(jié)和Java層的4個環(huán)節(jié)：

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SystemServer啟動

SystemServer進程主要負責創(chuàng)建啟動系統(tǒng)服務如AMS透罢、WMS和PMS等榜晦。

從前邊可知SystemServer進程由Zygote進程fork出來并啟動，在ZygoteInit類中羽圃，

//ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(...){
    String args[] = {
        //...
        //啟動的類名：
        "com.android.server.SystemServer",
    };
    //fork進程乾胶，由native層實現(xiàn)
    pid = Zygote.forkSystemServer();
    //處理SystemServer進程
    handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}

private static void handleSystemServerProcess(...){
    ZygoteInit.zygoteInit(...);
}

public static final void zygoteInit(...){
    //啟動binder線程池
    ZygoteInit.nativeZygoteInit();
    //內部經過層層調用，找到"com.android.server.SystemServer"類和他的main函數朽寞，然后執(zhí)行
    RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}

這里啟動了binder線程池识窿，SystemServer進程就可以用binder機制來跨進程通信了（Zygote進程是用socket來通信的），接著進入了SystemServer的main函數脑融，

//SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
    new SystemServer().run();
}

private void run() {
    //創(chuàng)建looper
    Looper.prepareMainLooper();
    //加載動態(tài)庫libandroid_servers.so
    System.loadLibrary("android_servers");
    //創(chuàng)建系統(tǒng)上下文
    createSystemContext();

    //創(chuàng)建SSM喻频，用于服務的創(chuàng)建、啟動和生命周期管理
    mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
    
    //服務根據優(yōu)先級被分成3批來啟動：
    //啟動引導服務肘迎，如AMS甥温、PMS等
    startBootstrapServices();
    //啟動核心服務
    startCoreServices();
    //啟動其他服務
    startOtherServices();

    //開啟looper循環(huán)
    Looper.loop();
}

看下AMS的啟動，

//SystemServer.java
private void startBootstrapServices() {
    //由SSM創(chuàng)建啟動
    mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
        ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
    mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
}

private void startOtherServices() {
    //AMS準備就緒
    mActivityManagerService.systemReady(...);
}

總結一下妓布，SystemServer進程被創(chuàng)建后窿侈，主要做了3件事情：啟動binder線程池、創(chuàng)建SystemServiceManager（SSM）秋茫、用SSM啟動各種服務。

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Launcher的啟動

Launcher作為Android的桌面乃秀，用于管理應用圖標和桌面組件肛著。

前邊可知SystemServer進程會啟動各種服務圆兵，其中PackageManagerService啟動后會將系統(tǒng)中的應用程序安裝完成，然后由AMS來啟動Launcher枢贿。

//SystemServer.java
private void startOtherServices() {
    //AMS準備就緒
    mActivityManagerService.systemReady(...);
}

跟進ActivityManagerService殉农，

//ActivityManagerService.java
public void systemReady(...) {
    //經過層層調用來到startHomeActivityLocked
}

boolean startHomeActivityLocked(...) {
    //最終會啟動Launcher應用的Activity
    mActivityStarter.startHomeActivityLocked(...);
}

Activity類是Launcher.java，剩下的流程就是加載已安裝的應用程序信息局荚，然后展示超凳，就不具體分析了。

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總結

Android系統(tǒng)啟動的核心流程如下：

Linux內核啟動
init進程啟動
init進程fork出Zygote進程
Zygote進程fork出SystemServer進程
SystemServer進程啟動各項服務（PMS耀态、AMS等）
AMS服務啟動Launcher桌面

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Zygote進程啟動好服務端socket后轮傍，便會等待AMS的socket請求，來創(chuàng)建應用程序進程首装。

細節(jié)補充

Zygote的跨進程通信沒有使用binder创夜，而是socket，所以應用程序進程的binder機制不是繼承而來仙逻，而是進程創(chuàng)建后自己啟動的驰吓。
Zygote跨進程通信之所以用socket而不是binder，是因為binder通信是多線程的系奉，而Zygote需要在單線程狀態(tài)下fork子進程來避免死鎖問題檬贰。
PMS、AMS等系統(tǒng)服務啟動后會調用ServiceManager.addService()注冊缺亮，然后運行在自己的工作線程翁涤。

參考資料

書籍 - Android進階解密
csdn - 為什么SystemServer進程與Zygote進程通訊采用Socket而不是Binder

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