AndroidL系统启动及加载流程分析

Android L系统启动及加载流程分析

1、概述

Android L的启动可以分为几个步骤：Linux内核启动、init进程启动、native系统服务及java系统服务启动、Home启动，主要过程如下图：

图1

整个启动流程跟4.4及之前的版本相差不多，只是有个别不同之处，本文我们主要分析Linux内核启动之后的过程。

2、启动过程分析

2.1 init进程启动

当系统内核加载完成之后，会启动init守护进程，它是内核启动的第一个用户级进程，是Android的一个进程，进程号为1，init进程启动后执行入口函数main()，主要操作为：

图2

AndroidL上将selinux的安全等级提高了，设为了enforcing模式，4.4上是permissive模式。

解析rc脚本文件，即init.rc脚本，该文件是Android初始化脚本，定义了一系列的动作和执行这些动作的时间阶段e aryl-init、init、early-boot、boot、post-fs等阶段。init进程main 函数中会根据这些阶段进行解析执行。AndroidL上为了流程更清晰，增加了charger（充电开机）、ffbm（工厂模式）、以及late-init阶段，实际上这些阶段是对其他阶段的组合执行，比如late-init：

2.2 ServiceManager的启动

servicemanager的启动就是init进程通过init.rc脚本启动的：

源码在frameworks/native/cmds/servicemanager/service_manager.c中，servicemanager是服务管理器，它本身也是一个服务(handle=0)，通过binder调用，为native和Java系统服务提供注册和查询服务的，即某个服务启动后，需要将自己注册到servicemanager中，供其他服务或者应用查询使用。AndroidL上servicemanger中在处理注册和查询动作之前添加了selinux安全检测相关的处理。

2.3 SurfaceFinger、MediaServer进程启动

Android4.4以前，surfacefinger的启动根据属性system_init.startsurfaceflinger，决定是通过init.rc启动还是systemserver进程启动，之后的版本包括AndoridL都是通过init.rc启动的：

启动后会向servicemanager进程注册服务中，该服务启动时主要功能是初始化整个显

示系统，并且在初始化完成后，启动开机动画进程：

当开机过程完成点亮屏幕之前，WindowManagerService通过binder通信通知SurfaceFinger停止开机动画，SurfaceFinger服务会调用bootFinished函数设置service.bootanim.exit属性，开机动画进程bootanim判断该属性为1后，停止播放开机动画。

MediaServer也是init启动较早的一个服务进程：

对应代码在frameworks/av/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp，该服务启动时会创建一些音频、camera相关的native服务，这些native服务也会注册到servicemanager中。在播放开机动画时如果需要播放开机音，bootanim需要等待mediaserver初始化完成才会播放

音乐。

2.4 Zygote启动

Zygote是系统中最重要的服务，在开机过程中zygote进程创建之后系统才进入了java 环境，进入了Android环境，另一方面zygote是通过socket接收AMS发送的请求，fork新的应用程序、启动其他的java系统服务。

init进程通过init.${ro.zygote}.rc启动zygote：

AndroidL是64位系统，可以支持两个zygote进程，比以前的版本增加了一个zygote，如果芯片是64位的话，ro.zygote属性为zygote64_32，init则通过init.zygote64_32.rc启动zygote，该rc文件中定义了以下两个zygote服务：

分别通过app_process64,app_process32两个app_process进程来启动zygote、zygote_secondary，其中zygote为primary zygote，进程名为zygote64，会负责创建systemserver 进程，一般系统服务进程都是由zygote64进程fork出来，其他应用进程由另外一个zygote fork。

源码在frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp。

该服务启动时的主要工作是创建AndroidRuntime、registerZygoteSocket创建socket端口、preload加载类和资源、创建Systemserver进程，下面根据处理的顺序进行逐步解析。

2.4.1 AndroidRuntime创建

AndroidRuntime是android的运行环境（ART），在app_main.cpp中通过

runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args)启动AndroidRuntime。

源码在/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

AndroidRuntime启动后会创建虚拟机：

Android4.4上还是默认使用Dalvik虚拟机，在开发者选项中兼容ART模式，AndroidL 上完全采用了ART，加载libart.so。

startVm( )函数，首先会完成虚拟机很多资源的分配，然后初始化ART相关的option、调用JNI_CreateJavaVM()创建ART虚拟机。

由于Dalvik VM的效率不高，在android4.4开始，google就开发了AndroidRuntime即android运行环境。Dalvik虚拟机下，应用每次运行都要将字节码转成机器码，ART不同，应用第一次安装的时候，通过dex2oat字节码就会转成机器码，并保存起来，理论上应用启动时会更快。（但是之前陈翔工针对ART和Dalvik作过对比测试，从对比数据上看，ART 下应用的启动速度提高没有很明显，而且由于安装时的dex2oat过程，导致应用的安装和系统的启动速度会较慢，可能后期的版本androidL有优化。）

2.4.2 registerZygoteSocket

AndroidRuntime启动完虚拟机之后，会创建的第一个虚拟机java进程就是ZygoteInit进程，这个ZygoteInit进程可以理解成真正的zygote，在zygoteInit的main函数中首先就是调用registerZygoteSocket(“zygote”)，注册一个LocalServerSocket类型的Socket通道，变量命名为sServerSocket，作为Socket的服务端。当SystemServer进程创建后，在SystemServer 进程中则会创建一个Socket客户端LocalSocket，具体实现在Process.java中。

这样就创建了一个zygote和SystemServer进程的socket通信通道，所谓zygote是应用孵化器，就是利用该Socket 创建其他的应用进程。

当服务端LocalServerSocket端口准备好后，ZygoteInit的main()函数调用runSelectLoop ()进入非阻塞读操作循环，通过selectReadable()将文件描述符添加到select的列表中，如果有请求就调用ZygoteConnection类的runOnce()函数处理每一个Socket接收到的命令。

当要创建新应用时，客户端SystemServer进程中ActivityManagerService通过startActivity()一步步调用到的StartProcessLocked()函数进入Process.java,最终通过startViaZygote ->zygoteSendArgsAndGetPid，通过LocalSocket发给zygote进程,zygote在通过runOnce函数fork新进程。

2.4.3 preload预加载类和资源

创建完socket之后，zygote进程开始调用preload()函数加载类和资源等信息。

这个过程会预装的Framework大部分类及资源。preloadClasses()加载的类列表是在framework.jar中的一个文本文件列表，名称为preload-classes，该列表的原始定义在frameworks/base/preload-classes文本文件中，该文件是通过

frameworks/base/tools/preload/WritePreloadedClassFile.java类自动生成的。在Android源码编译的时候，会最终把preload-classes文件打包到framework.jar中。

预加载的资源是在frameworks/base/core/res/res/values/arrays.xml中被定义的，包含两类资源，一类是drawable资源，另一类是color资源，preloadResources()通过分别调用preloadDrawables()和preloadColorStateLists()加载这两类资源。

preloadSharedLibraries()函数加载链接库。

2.4.4 SystemServer进程创建

Zygote进程加载完类和资源后，如果需要创建SystemServer（zygote64）则通过startSystemServer()->Zygote.forkSystemServer创建SystemServer进程，SystemServer进程几乎是所有java系统服务的守护进程。

SystemServer启动后首先加载libandroid_servers.so并调用nativeInit()进行初始化，之后就要启动Android的java系统服务Power Manager、Activity Manager、PackageManager、

WindowManager等服务，在AndroidL之前的版本在这里将会创建一个ServerThread线程，由ServerThread线程启动这些Android Java 的关键服务。而AndroidL上没有ServerThread 线程，而是创建了一个SystemServiceManager服务来启动管理这些系统服务，并且将系统服务区分为Bootstrap服务、Core服务、Other服务，分别启动这些服务：

Installer、ActivityMangerService、PowerManagerService、DisplayManagerSerivce和PackageManagerServcie作为Bootstrap服务启动，LightsService、BatteryService、UsageStatsService、WebViewUpdateService服务作为第二阶段在startCoreServices()函数执行，其余的服务的启动和systemReady的处理在startOtherServices()中。

在系统启动过程中，有些服务需要等待其他条件或者其他服务初始化完成之后再启动，AndroidL中的处理跟之前的版本也有不同，之前的版本上是直接调用waitForxxx() 函数等待响应的服务处理，而L上将系统的启动分为几个阶段：

通过调用SystemServiceManager类中的startBootPhase(final int phase)

设置启动阶段：

例如启动应用管理服务PackageMangerService之前，需要等待DisplayManagerSerivce 初始化完成，在DisplayManagerSerivce服务启动后，调用mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISP LAY) 等待DisplayManagerSerivce响应了onBootPhase()之后再启动PackageMangerService 扫描安装应用。

ActivityManagerService、WindowManagerService、PackageManagerService等服务，每个服务的功能都很复杂，对这些java系统服务的具体启动和功能不在这里详细说明了，简单说下PackageMangerService服务，它是应用管理服务，负责应用的扫描、安装、卸载、查询等管理功能，开机启动过程中会扫描安装system/app、system/priv-app、data/app等目录下的系统和非系统应用。

2.5 Home及锁屏启动

系统启动成功后SystemServer通过xxx.systemReady( )通知各个服务，Home就是在ActivityManagerService.systemReady( )通知的过程中创建的，调用startHomeActivityLocked( )查询启动HomeStack中的第一个Activity，Launcher。

在wm.systemReady( )通知WindowManagerService，进而调用PhoneWindowManager，通知SurfaceFinger停止开机动画播放，最终通过LockPatternKeyguardView显示解锁界面。

系统启动完成。