Android啟動過程深入解析

jobbole發表於2014-06-20
Android
  • 當按下Android裝置電源鍵時究竟發生了什麼？
  • Android的啟動過程是怎麼樣的？
  • 什麼是Linux核心？
  • 桌面系統linux核心與Android系統linux核心有什麼區別？
  • 什麼是引導裝載程式？
  • 什麼是Zygote？
  • 什麼是X86以及ARM linux？
  • 什麼是init.rc?
  • 什麼是系統服務？

　　當我們想到Android啟動過程時，腦海中總是冒出很多疑問。本文將介紹Android的啟動過程，希望能幫助你找到上面這些問題的答案。

　　Android是一個基於Linux的開源作業系統。x86（x86是一系列的基於intel 8086 CPU的計算機微處理器指令集架構）是linux核心部署最常見的系統。然而，所有的Android裝置都是執行在ARM處理器（ARM 源自進階精簡指令集機器，源自ARM架構）上，除了英特爾的Xolo裝置(http://xolo.in/xolo-x900-features)。Xolo來源自凌動1.6GHz x86處理器。Android裝置或者嵌入裝置或者基於linux的ARM裝置的啟動過程與桌面版本相比稍微有些差別。這篇文章中，我將解釋Android裝置的啟動過程。深入linux啟動過程是一篇講桌面linux啟動過程的好文。

　　當你按下電源開關後Android裝置執行了以下步驟。

Android啟動流程/過程

　　第一步：啟動電源以及系統啟動

　　當電源按下，引導晶片程式碼開始從預定義的地方（固化在ROM）開始執行。載入載入程式到RAM，然後執行。

　　第二步：載入程式

　　載入程式是在Android作業系統開始執行前的一個小程式。載入程式是執行的第一個程式，因此它是針對特定的主機板與晶片的。裝置製造商要麼使用很受歡迎的載入程式比如redboot、uboot、qi bootloader或者開發自己的載入程式，它不是Android作業系統的一部分。載入程式是OEM廠商或者運營商加鎖和限制的地方。

　　載入程式分兩個階段執行。第一個階段，檢測外部的RAM以及載入對第二階段有用的程式；第二階段，載入程式設定網路、記憶體等等。這些對於執行核心是必要的，為了達到特殊的目標，載入程式可以根據配置引數或者輸入資料設定核心。

　　Android載入程式可以在\bootable\bootloader\legacy\usbloader找到。

　　傳統的載入器包含的個檔案，需要在這裡說明：

  1. init.s初始化堆疊，清零BBS段，呼叫main.c的_main()函式；
  2. main.c初始化硬體（鬧鐘、主機板、鍵盤、控制檯），建立linux標籤。

　　更多關於Android載入程式的可以在這裡瞭解。

　　第三步：核心

　　Android核心與桌面linux核心啟動的方式差不多。核心啟動時，設定快取、被保護儲存器、計劃列表，載入驅動。當核心完成系統設定，它首先在系統檔案中尋找”init”檔案，然後啟動root程式或者系統的第一個程式。

　　第四步：init程式

　　init是第一個程式，我們可以說它是root程式或者說有程式的父程式。init程式有兩個責任，一是掛載目錄，比如/sys、/dev、/proc，二是執行init.rc指令碼。

  • init程式可以在/system/core/init找到。
  • init.rc檔案可以在/system/core/rootdir/init.rc找到。
  • readme.txt可以在/system/core/init/readme.txt找到。

　　對於init.rc檔案，Android中有特定的格式以及規則。在Android中，我們叫做Android初始化語言。

　　Android初始化語言由四大型別的宣告組成，即Actions（動作）、Commands（命令）、Services（服務）、以及Options（選項）。

　　Action（動作）：動作是以命令流程命名的，有一個觸發器決定動作是否發生。

　　語法

on <trigger>
    <command>
    <command>
    <command>

　　Service（服務）：服務是init程式啟動的程式、當服務退出時init程式會視情況重啟服務。

　　語法

service <name> <pathname> [<argument>]*
    <option>
    <option>
    ...

　　Options（選項）

　　選項是對服務的描述。它們影響init程式如何以及何時啟動服務。

　　我們們來看看預設的init.rc檔案。這裡我只列出了主要的事件以及服務。

　　Table

Action/Service 描述
on early-init 設定init程式以及它建立的子程式的優先順序，設定init程式的安全環境
on init 設定全域性環境，為cpu accounting建立cgroup(資源控制)掛載點
on fs 掛載mtd分割槽
on post-fs 改變系統目錄的訪問許可權
on post-fs-data 改變/data目錄以及它的子目錄的訪問許可權
on boot 基本網路的初始化，記憶體管理等等
service servicemanager 啟動系統管理器管理所有的本地服務，比如位置、音訊、Shared preference等等…
service zygote 啟動zygote作為應用程式

　　在這個階段你可以在裝置的螢幕上看到“Android”logo了。

　　第五步

　　在Java中，我們知道不同的虛擬機器例項會為不同的應用分配不同的記憶體。假如Android應用應該儘可能快地啟動，但如果Android系統為每一個應用啟動不同的Dalvik虛擬機器例項，就會消耗大量的記憶體以及時間。因此，為了克服這個問題，Android系統創造了”Zygote”。Zygote讓Dalvik虛擬機器共享程式碼、低記憶體佔用以及最小的啟動時間成為可能。Zygote是一個虛擬器程式，正如我們在前一個步驟所說的在系統引導的時候啟動。Zygote預載入以及初始化核心庫類。通常，這些核心類一般是隻讀的，也是Android SDK或者核心框架的一部分。在Java虛擬機器中，每一個例項都有它自己的核心庫類檔案和堆物件的拷貝。

　　Zygote載入程式

  1. 載入ZygoteInit類，原始碼：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
  2. registerZygoteSocket()為zygote命令連線註冊一個伺服器套接字。
  3. preloadClassed “preloaded-classes”是一個簡單的包含一系列需要預載入類的文字檔案，你可以在<Android Source>/frameworks/base找到“preloaded-classes”檔案。
  4. preloadResources() preloadResources也意味著本地主題、佈局以及android.R檔案中包含的所有東西都會用這個方法載入。

　　在這個階段，你可以看到啟動動畫。

　　第六步：系統服務或服務

　　完成了上面幾步之後，執行環境請求Zygote執行系統服務。系統服務同時使用native以及java編寫，系統服務可以認為是一個程式。同一個系統服務在Android SDK可以以System Services形式獲得。系統服務包含了所有的System Services。

　　Zygote建立新的程式去啟動系統服務。你可以在ZygoteInit類的”startSystemServer”方法中找到原始碼。

　　核心服務：

  1. 啟動電源管理器；
  2. 建立Activity管理器；
  3. 啟動電話註冊；
  4. 啟動包管理器；
  5. 設定Activity管理服務為系統程式；
  6. 啟動上下文管理器；
  7. 啟動系統Context Providers；
  8. 啟動電池服務；
  9. 啟動定時管理器；
  10. 啟動感測服務；
  11. 啟動視窗管理器；
  12. 啟動藍芽服務；
  13. 啟動掛載服務。

　　其他服務：

  1. 啟動狀態列服務；
  2. 啟動硬體服務；
  3. 啟動網路狀態服務；
  4. 啟動網路連線服務；
  5. 啟動通知管理器；
  6. 啟動裝置儲存監視服務；
  7. 啟動定位管理器；
  8. 啟動搜尋服務；
  9. 啟動剪下板服務；
  10. 啟動登記服務；
  11. 啟動桌布服務；
  12. 啟動音訊服務；
  13. 啟動耳機監聽；
  14. 啟動AdbSettingsObserver（處理adb命令）。

　　第七步：引導完成

　　一旦系統服務在記憶體中跑起來了，Android就完成了引導過程。在這個時候“ACTION_BOOT_COMPLETED”開機啟動廣播就會發出去。

　　原文連結： kpbird   翻譯： 伯樂線上 - 雲海之巔

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