原文 https://github.com/RWebRTC/Blog/issues/3

Android系統啟動

對於Android系統整個啟動過程來說，基本可以劃分成三個階段：Bootloader引導，Linux內核啟動，Android啟動。如下的流程圖可以看出三個階段的執行順序和聯繫（一張圖看不懂就看三張圖）。

原圖

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Bootloader引導

BootLoader是在操作系統運行之前運行的一段程序，它可以使系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，為運行操作系統做好準備。它的任務就是把OS拉起來運行，啟動Linux內核，我們對這一塊的內容並不太注意。

Linux內核啟動

Linex內核啟動後會初始化環境/驅動等，接著會啟動init的進程。

1.Init進程的啟動

init進程，它是一個由內核啟動的用戶級進程。內核自行啟動（已經被載入內存，開始運行，並已初始化所有的設備驅動程序和數據結構等）之後，就通過啟動一個用戶級程序init的方式，啟動init進程。

啟動過程是代碼system\core\init\init.cpp的主要函數的執行過程。在函數中執行了：文件夾建立，掛載，rc文件解析，屬性設置，啟動服務，執行動作，socket監聽等。在rc文件解析中會啟動ServiceManager服務和Zygote進程。

2. ServiceManager服務

ServiceManager用來管理系統中所有的binder服務，不管是本地的c ++實現的還是java語言實現的都需要這個進程來統一管理，最主要的管理就是，註冊添加服務，獲取服務。所有的服務使用前都必須先在ServiceManager中進行註冊。

3. Zygote進程的啟動

Zygote進程啟動才算建立起真正的Android的運行空間。不過過程不會直接啟動Zygote進程，而是使用app_process命令來通過Android Runtime來啟動，Android Runtime會啟動第一個Davlik虛擬機，並調用Zygote的主要方法，啟動服務.dir / system / core / rootdir / init.zygote32.rc：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

Android的啟動

1. Zygote啟動

Zygote從框架/ base / cmds / app_process / app_main.cpp中的主開始，並建立Android運行時。

//建立 Android runtime
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
// 然后调用 Java 的 ZygoteInit
// dir/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
// 随后
//登记Listen端口
registerZygoteSocket();
//启动SystemServer服务
startSystemServer();

2.系統服務器啟動

在上一步中調用了startSystemServer，Zygote上叉了一個進程：com.android.server.SystemServer。於是Java中的SystemServer就建立起來了，SystemServer的主函數中會啟動一些服務：

startBootstrapServices();
startCoreServices();
startOtherServices();

在startBootstrapServices（）中看到

mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

ActivityManagerService.Lifecycle是ActivityManagerService的靜態內部類，持有ActivityManagerService實例。所以ActivityManagerService是在這裡被啟動的來。

當然還有很多的其他服務（PackageManagerService，PowerManagerService，DisplayManagerService，BatteryService等）也都會被啟動起來。

在所有的服務啟動完成後，會調用Service.systemReady（）來通知各對應的服務，系統已經就緒。

3.ActivityManagerService啟動

在ActivityManagerService的systemReady（）方法中有：

startHomeActivityLocked();
mStackSupervisor.startHomeActivity()

這樣主頁程序被啟動起來，整個機器人的啟動過程就完成了，進入用戶界面。

霸氣的分割線

Android的init進程啟動過程

0.前言

Android中的內核啟動後，內核會啟動第一個用戶級別的進程：init，它是一個由內核啟動的第一個用戶級進程。我們可以通過adb shell ps | grep init來查看他的pid為1.接下來從源碼的角度看看的init進程啟動的時候做了什麼？

init進程的源碼在android源碼的目錄中。我們看到該目錄下有一個Android.mk文件，至少看到如下內容，告訴我們會生成一個init的可執行文件。

LOCAL_MODULE:= init
include $(BUILD_EXECUTABLE)

而init的入口主函數是在init.cpp文件中定義的。

1.入口

1.命令行解析

if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {    
      return ueventd_main(argc, argv);
}
if (!strcmp(basename(argv[0]), "watchdogd")) {    
      return watchdogd_main(argc, argv);
}

看門狗和uevent命令已經集成到了init，它們在/ sbin目錄，是一個鏈接文件，直接鏈接到/ init，所以當執行/ sbin / eventd或/ sbin / watchdogd時，將會進入對應的ueventd_main或watchdogd_main入口點.ueventd守護進程負責解析/ueventd.rc文件，並創建相應的設備結點等.watchdogd守護進程負責定時向“/ dev / watchdog”執行寫操作，以判斷系統是否正常運行。這兩個進程不是本文討論的重點，所以先忽略。

2.掛載根文件系統的目錄

mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");
mkdir("/dev/pts", 0755);
mkdir("/dev/socket", 0755);
mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC));
mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);
mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL);
mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11));

分別掛載proc和和sysfs文件系統到/ proc和/ sys目錄
close（open（“/ dev / .booting”，O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC，0000））; 在/ dev目錄創建一個空文件.booting來表示正在執行
初始化InitKernelLogging（argv）; 重定向標準輸入，標準輸出，標準錯誤輸出到/ dev / null
selinux_initialize（is_first_stage）加載SELinux策略，後面有一些初始化文件上下文的操作等

3.解析init.rc文件

Parser& parser Parser::GetInstance();
parser.AddSectionParser("service",std::make_unique());
parser.AddSectionParser("on", std::make_unique());
parser.AddSectionParser("import", std::make_unique());
parser.ParseConfig("/init.rc");

3.1 init.rc文件是以塊（section）為單位組織的，一個section包含多行.section分為兩大類：分別為“服務（service）”和“行為（action）”。
3.2“服務”塊以關鍵字“service”開始，表示啟動某個進程的方式和參數，“行為”塊以關鍵字“on”開始，表示一堆命令的集合。上“或”上“或”服務“開始，直到下一個”，“結束，中間所有行都屬於這個”塊“。
3.3上面在解析init.rc文件時使用了Parser類（在init目錄下的init_parser.h中定義），初始ServiceParser用來解析“service”塊，ActionParser用來解析“on”塊，ImportParser用來解析“ import“塊，”import“是用來引入一個init配置文件，來擴展當前配置的。
3.4解析器解析init.rc文件，/ init.rc文件是dir / system / core / rootdir / init.rc。
3.5 dir / system / core / init / readme.txt中對init文件中的所有關鍵字做了介紹，主要包含了操作，命令，服務，選項和導入等

3.6在ParseConfig解析完init腳本後，init會依次執行幾個重要的階段：

3.6.1在早期階段

  am.QueueEventTrigger("early-init"); 执行 on early-init 内容，主要包括 start ueventd 等

3.6.2。在init階段

  am.QueueEventTrigger("init"); 执行 on init 内容，主要包括 创建/挂载一些目录，以及 symlink 等

3.6.3。在充電器/晚期初始階段

  ```
   // Don't mount filesystems or start core system services in charger mode.
   std::string bootmode = property_get("ro.bootmode");
   if (bootmode == "charger") {
       am.QueueEventTrigger("charger");
   } else {
       am.QueueEventTrigger("late-init");
   }
  ```

如果是充電模式下啟動就會執行充電器內容，否則執行on late-init內容，在init.rc的late-init中看到很多trigger（觸發器），用於執行對應的Action。

  ```
  trigger late-fs
  
  # Now we can mount /data. File encryption requires keymaster to decrypt
  # /data, which in turn can only be loaded when system properties are present.
  trigger post-fs-data
  
  # Load persist properties and override properties (if enabled) from /data.
  trigger load_persist_props_action
  
  # Remove a file to wake up anything waiting for firmware.
  trigger firmware_mounts_complete
  
  trigger early-boot
  trigger boot
  ```

從最後兩行可以看出，late-init觸發了早啟動和開機兩個Action。

3.6.4。在啟動階段在開機的最後class_start核心會啟動類為核心的服務，這些服務包括ueventd，logd，healthd，adbd（禁用），lmkd（LowMemoryKiller），servicemanager，vold，debuggerd，surfaceflinger，bootanim（禁用）等

3.6.5。主服務的啟動

在主函數後面的while循環中，調用execute_one_command依次執行操作隊列中的命令

  ```
  while (true) {
      if (!waiting_for_exec) {
          am.ExecuteOneCommand();
          restart_processes();
      }
  }
  ```

在/init.rc的開頭部分

  ```
  import /init.environ.rc
  import /init.usb.rc
  import /init.${ro.hardware}.rc
  import /init.usb.configfs.rc
  import /init.${ro.zygote}.rc
  ```

通過ro.zygote的屬性導入對應的zygote的rc文件，通過adb shell getprop ro.zygote查看得到zygote64_32，所以導入的是/init.zygote64_32.rc文件，該文件中定義的zygote如下：

  ```
  service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server --socket-name=zygote
  class main
  priority -20
  socket zygote stream 660 root system
  onrestart write /sys/android_power/request_state wake
  onrestart write /sys/power/state on
  onrestart restart audioserver
  onrestart restart cameraserver
  onrestart restart media
  onrestart restart netd
  writepid /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks
  ```

可以看到zygote的class是main，它是在on nonencrypted時被啟動的

  ```
  on nonencrypted
      # A/B update verifier that marks a successful boot.
      exec - root -- /system/bin/update_verifier nonencrypted
      class_start main
      class_start late_start
  ```

注：但在Android 7.0中，對該機製做了一些改變。
單一的init * .rc，被拆分，服務根據其二進製文件的位置（/ system，/ vendor，/ odm）定義到對應分區的etc / init目錄中，每個服務一個rc文件。與該服務相關的觸發器，操作等也定義在同一個rc文件中。

  /system/etc/init，包含系统核心服务的定义，如 SurfaceFlinger、MediaServer、Logcatd 等。
  /vendor/etc/init， SOC 厂商针对 SOC 核心功能定义的一些服务。比如高通、MTK 某一款 SOC 的相关的服务。
  /odm/etc/init，OEM/ODM 厂商如小米、华为、OPP 其产品所使用的外设以及差异化功能相关的服务。

查看Android 7.0虛擬機的/ system / etc / init如下

上面的ServiceManager這個服務也從init.rc中拆分出來了。

4.啟動完成

至此，init進程已經啟動完成，一些重要的服務如核心服務和主服務也都啟動起來，並啟動了zygote（/ system / bin / app_process64）進程，zygote初始化時會創建虛擬機，啟動SystemServer等，它的啟動過程也是非常複雜。

霸氣的分割線

Zygote的啟動過程

0.前言

上節文章的最後說到了init以service的方式啟動了Zygote進程。這節文章主要講Zygote進程的啟動流程。

對於Zygote進程的描述如下：

在Android中，zygote是整個系統創建新進程的核心.Zygote進程在內部會先啟動Dalvik虛擬機，繼而加載一些必要的系統資源和系統類，最後進入一種監聽狀態。在後續的運作中，當其他系統模塊（比如AMS）希望創建新進程時，只需向Zygote進程發出請求，Zygote進程監聽到該請求後，會相應地“分裂”出新的進程，於是這個新進程在初生之時，就先天具有了自己的Dalvik虛擬機以及系統資源。

1.啟動流程

/init.zygote64_32.rc文件中啟動Zygote的內容如下：

    service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server --socket-name=zygote
    class main
    priority -20
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart audioserver
    onrestart restart cameraserver
    onrestart restart media
    onrestart restart netd
    writepid /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks

在dir / system / core / rootdir /目錄下可以看到init.zygote32.rc，init.zygote32_64.rc，init.zygote64.rc，init.zygote64_32.rc等文件，這是因為Android5.0開始支持64位的編譯，所以Zygote進程本身也有32位和64位版本。

從上面定義看到Zygote進程的可執行文件是frameworks / base / cmds / app_process / app_main.cpp。

接下來分析主函數的流程。

1.1。創建AppRuntime對象
AppRuntime是在app_process中定義的類，繼承了系統的AndroidRuntime類，AndroidRuntime類的主要作用是創建和初始化虛擬機。

1.2。解析啟動參數

  while (i < argc) {
    const char* arg = argv[i++];
    if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
        zygote = true;
        niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
    } else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
        startSystemServer = true;
    } else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
        application = true;
    } else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
        niceName.setTo(arg + 12);
    } else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
        className.setTo(arg);
        break;
    } else {
        --i;
        break;
    }
}

從init.rc文件中傳入的參數是-Xzygote / system / bin --zygote --start-system-server --socket-name = zygote，解析後：

zygote = true;
niceName = zygoe;
startSystemServer = true;

1.3。執行ZygoteInit類

if (zygote) {
    runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
    runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
    fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
    app_usage();
    LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
    return 10;
}

Zygote經過解析參數後為true，所以會執行runtime.start（“com.android.internal.os.ZygoteInit”，args，zygote）;
AndroidRuntime的start方法實現在dir / frameworks / base / core / jni / AndroidRuntime.cpp中，

/*

 * Start the Android runtime.  This involves starting the virtual machine
 * and calling the "static void main(String[] args)" method in the class
 * named by "className".
 *
 * Passes the main function two arguments, the class name and the specified
 * options string.
 */
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector& options, bool zygote)
{
    // 启动虚拟机，注册jni等
    char* slashClassName = toSlashClassName(className);
    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
    if (startClass == NULL) {
    ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
    /* keep going */
    } else {
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");
        if (startMeth == NULL) {
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
            /* keep going */
        } else {
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);

#if 0
        if (env->ExceptionCheck())
            threadExitUncaughtException(env);
#endif
        }
    }
      ...
}

這個方法會啟動Android運行環境，意味著它會啟動Android虛擬機，並調用參數中className中的主方法。
從傳入的com.android.internal.os.ZygoteInit類中找到主函數，即調用ZygoteInit。 java類中的main方法.AndroidRuntime及之前的方法都是native的方法，而此刻調用的ZygoteInit.main方法是java的方法，到這裡我們就進入了java的世界。

調用示意圖如下：

1.4。ZygoteInit的主要方法

ZygoteInit定義在dir / frameworks / base / core / java / com / android / internal / os / ZygoteInit.java中。

public static void main(String argv[]) {
    try {
        ...
        registerZygoteSocket(socketName);
        preload();
        if (startSystemServer) {
            startSystemServer(abiList, socketName);
        }
        runSelectLoop(abiList);
        ...
    } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
        caller.run();
    } catch (RuntimeException ex) {
        Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
        closeServerSocket();
        throw ex;
    }
}

主要工作：

註冊受精卵的插座監聽端口，應用接收啟動應用程序的消息
調用預載（）方法加載系統資源，包括預加載類，框架資源等
調用startSystemServer（）方法啟動SystemServer進程
調用runSelectLoop（）方法進入監聽和接收消息循環

可見SystemServer是受精卵啟動的第一個進程。

以上學習了Android系統的啟動流程。

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2018年5月10日星期四

RWebRTC - Android 系统启动流程 #3

Android系統啟動

Bootloader引導

Linux內核啟動

1.Init進程的啟動

2. ServiceManager服務

3. Zygote進程的啟動

Android的啟動

1. Zygote啟動

2.系統服務器啟動

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