Android系统的启动过程分析

Android源码数量庞大，虽然对它的学习从未停止，但是整理成这样的文字，实在是费时费力的一件事情，不过好在前文已经对其基本机制加以分析，相信以此为基础，其他的内容学习起来就没那么困难了。

今天是2010年的最后一天了，回顾这一年，从手机操作系统的角度来看，我把重点放在了Android上，对Windows Phone和IPhone没有太深入研究，正好以此做一终结，把对Android源码的学习告一段落。从软件工程或项目管理角度来看，今年感触也很多，可能会成为明年的重点吧，希望到时能在软件工程方法、过程、架构设计、项目管理方面也能成些文字以供交流。

做为Android源码学习系列的最后一文，还是应该从大的角度写点东西，想写Parcelable、Binder，也想写WindowsManager、Dialog，或者是系统架构、JNI，最后还是落笔为Android的系统启动过程了，原因是友人问我这方面的问题，于是偷了懒，顺手成文。

 

Android的启动过程可以分为两个阶段，第一阶段是Linux的启动，第二阶段才是Android的启动，下面我们分别来了解一下具体的过程。

首先是Linux启动，这一部分我想就可以略过了，无非是Linux的Bootloader，Kernel，Driver之类的，在这里唯一要提到的就是ServiceManager，即服务管理器，这个是做为一个进程在Android加载之前就被启动了，我们可以从init.rc中看到这个配置项：

service servicemanager /system/bin/servicemanager

ServiceManager是Binder的服务管理守护进程，是Binder的核心，由其使用Binder驱动进行IPC管理，关于IPC通讯的机制，此处不再详述。在APP和Framework中，应用程序使用的ServiceManager.java就是通过Proxy与这个守护进程进行的通讯。

 

然后是Android的启动，接下来要详细描述的部分。我们还是先看一下init.rc中的配置

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

即linux启动以后，启动zygote服务进程，这个进程恰如其名：孵化器，是所有Android应用程序的孵化器。

 

我们来看一下app_process的代码，位置是在：

frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp

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);

        }

从中可以追踪到AndroidRuntime，代码位于：

frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

在start()函数中有如下代码：

    /* start the virtual machine */

    if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0)

        goto bail;

         ……

                 env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);

即先启动了虚拟机，然后利用JNI调用了zygoteInit函数。

 

继续追踪到frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java的main()函数，代码如下：

            if (argv[1].equals("true")) {

                startSystemServer();

            } else if (!argv[1].equals("false")) {

                throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);

            }

 

            Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");

 

            if (ZYGOTE_FORK_MODE) {

                runForkMode();

            } else {

                runSelectLoopMode();

            }

前一部分是在启动系统服务，后一部分是虽然是一个条件判断，但ZYGOTE_FORK_MODE被赋了false，所以进行else分支的runSelectLoopMode()函数，在该函数中，实际上是在一死循环中利用zygoteConnection类通过socket的方式进行消息处理，用于fork出新的zygote，从而以最轻量级的方式实现每个进程一个虚拟机的机制。

 

继续来看startSystemServer()，代码位于：

frameworks/base/services/java/com/android/server/systemserver.java

在其main()函数中调用了init1(args)这个native函数，利用JNI机制，跟踪至

frameworks/base/services/jni/com_android_server_systemService.cpp，然后到

frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp

在system_init()函数中有如下代码：

    if (strcmp(propBuf, "1") == 0) {

        // Start the SurfaceFlinger

        SurfaceFlinger::instantiate();

    }

    AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();

 

    LOGI("System server: starting Android services./n");

    runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

即完成了SurfaceFlinger的实例化，然后利用运行时的callStatic()函数调用了SystemServer的init2()函数，这个函数位于：

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

代码是：

    public static final void init2() {

        Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");

        Thread thr = new ServerThread();

        thr.setName("android.server.ServerThread");

        thr.start();

}

在这个ServerThread线程中，可以看到我们熟悉的Android服务了，比如WallpaperService服务的启动：

            try {

                Slog.i(TAG, "Wallpaper Service");

                wallpaper = new WallpaperManagerService(context);

                ServiceManager.addService(Context.WALLPAPER_SERVICE, wallpaper);

            } catch (Throwable e) {

                Slog.e(TAG, "Failure starting Wallpaper Service", e);

            }

最后，调用各服务的systemReady()函数通知系统就绪。

 

至此，系统的启动过程结束，借用两张图来说明问题：

 

从这里可以看出，linux的init在启动若干守护进程之后，就启动了Android的runtime和zygote，zygote再启动虚拟机，系统服务，系统服务再启动完本地服务后，又启动了若干Android服务，并完成向ServiceManager的注册工作，最后系统启动完成。系统的进程空间如下图所示：

 

 

可见，由zygote孵化器为各进程以写时复制的方式用最小的代价实现了虚拟机。

 

好了，相信经过这一系列的源码跟踪，我们都能对Android的启动过程有更清晰的认识，新年即将到来，在结束本系列文章的同时，祝大家新年快乐。

 

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