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Android启动过程深入解析

当按下Android设备电源键时究竟发生了什么？

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Android的启动过程是怎么样的？

什么是Linux内核？

桌面系统linux内核与Android系统linux内核有什么区别？

什么是引导装载程序？

什么是Zygote？

什么是X86以及ARM linux？

什么是init.rc?

什么是系统服务？

当我们想到Android启动过程时，脑海中总是冒出很多疑问。本文将介绍Android的启动过程，希望能帮助你找到上面这些问题的答案。

Android是一个基于Linux的开源操作系统。x86（x86是一系列的基于intel 8086 CPU的计算机微处理器指令集架构）是linux内核部署最常见的系统。然而，所有的Android设备都是运行在ARM处理器（ARM 源自进阶精简指令集机器，源自ARM架构）上，除了英特尔的Xolo设备()。Xolo来源自凌动1.6GHz x86处理器。Android设备或者嵌入设备或者基于linux的ARM设备的启动过程与桌面版本相比稍微有些差别。这篇文章中，我将解释Android设备的启动过程。深入linux启动过程是一篇讲桌面linux启动过程的好文。

当你按下电源开关后Android设备执行了以下步骤。

此处图片中step2中的一个单词拼写错了，Boot Loaeder应该为Boot Loader（多谢@jameslast 提醒）

第一步：启动电源以及系统启动

当电源按下，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序到RAM，然后执行。

第二步：引导程序

引导程序是在Android操作系统开始运行前的一个小程序。引导程序是运行的第一个程序，因此它是针对特定的主板与芯片的。设备制造商要么使用很受欢迎的引导程序比如redboot、uboot、qi bootloader或者开发自己的引导程序，它不是Android操作系统的一部分。引导程序是OEM厂商或者运营商加锁和限制的地方。

引导程序分两个阶段执行。第一个阶段，检测外部的RAM以及加载对第二阶段有用的程序；第二阶段，引导程序设置网络、内存等等。这些对于运行内核是必要的，为了达到特殊的目标，引导程序可以根据配置参数或者输入数据设置内核。

Android引导程序可以在bootablebootloaderlegacyusbloader找到。

传统的加载器包含的个文件，需要在这里说明：

init.s初始化堆栈，清零BBS段，调用main.c的_main()函数；

main.c初始化硬件（闹钟、主板、键盘、控制台），创建linux标签。

更多关于Android引导程序的可以在这里了解。

第三步：内核

Android内核与桌面linux内核启动的方式差不多。内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表，加载驱动。当内核完成系统设置，它首先在系统文件中寻找”init”文件，然后启动root进程或者系统的第一个进程。

第四步：init进程

init是第一个进程，我们可以说它是root进程或者说有进程的父进程。init进程有两个责任，一是挂载目录，比如/sys、/dev、/proc，二是运行init.rc脚本。

init进程可以在/system/core/init找到。

init.rc文件可以在/system/core/rootdir/init.rc找到。

readme.txt可以在/system/core/init/readme.txt找到。

对于init.rc文件，Android中有特定的格式以及规则。在Android中，我们叫做Android初始化语言。

Action（动作）：动作是以命令流程命名的，有一个触发器决定动作是否发生。

语法

; html-script: false ]

on trigger

command

Service（服务）：服务是init进程启动的程序、当服务退出时init进程会视情况重启服务。

语法

; html-script: false ]

service name pathname [argument]*

option

...

Options（选项）

选项是对服务的描述。它们影响init进程如何以及何时启动服务。

咱们来看看默认的init.rc文件。这里我只列出了主要的事件以及服务。

Table

Action/Service

描述

on early-init

设置init进程以及它创建的子进程的优先级，设置init进程的安全环境

on init

设置全局环境，为cpu accounting创建cgroup(资源控制)挂载点

on fs

挂载mtd分区

on post-fs

改变系统目录的访问权限

on post-fs-data

改变/data目录以及它的子目录的访问权限

on boot

基本网络的初始化，内存管理等等

service servicemanager

启动系统管理器管理所有的本地服务，比如位置、音频、Shared preference等等…

service zygote

启动zygote作为应用进程

在这个阶段你可以在设备的屏幕上看到“Android”logo了。

第五步

在Java中，我们知道不同的虚拟机实例会为不同的应用分配不同的内存。假如Android应用应该尽可能快地启动，但如果Android系统为每一个应用启动不同的Dalvik虚拟机实例，就会消耗大量的内存以及时间。因此，为了克服这个问题，Android系统创造了”Zygote”。Zygote让Dalvik虚拟机共享代码、低内存占用以及最小的启动时间成为可能。Zygote是一个虚拟器进程，正如我们在前一个步骤所说的在系统引导的时候启动。Zygote预加载以及初始化核心库类。通常，这些核心类一般是只读的，也是Android SDK或者核心框架的一部分。在Java虚拟机中，每一个实例都有它自己的核心库类文件和堆对象的拷贝。

Zygote加载进程

加载ZygoteInit类，源代码：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

registerZygoteSocket()为zygote命令连接注册一个服务器套接字。

preloadClassed “preloaded-classes”是一个简单的包含一系列需要预加载类的文本文件，你可以在/frameworks/base找到“preloaded-classes”文件。

preloadResources() preloadResources也意味着本地主题、布局以及android.R文件中包含的所有东西都会用这个方法加载。

在这个阶段，你可以看到启动动画。

第六步：系统服务或服务

完成了上面几步之后，运行环境请求Zygote运行系统服务。系统服务同时使用native以及java编写，系统服务可以认为是一个进程。同一个系统服务在Android SDK可以以System Services形式获得。系统服务包含了所有的System Services。

Zygote创建新的进程去启动系统服务。你可以在ZygoteInit类的”startSystemServer”方法中找到源代码。

核心服务：

启动电源管理器；

创建Activity管理器；

启动电话注册；

启动包管理器；

设置Activity管理服务为系统进程；

启动上下文管理器；

启动系统Context Providers；

启动电池服务；

启动定时管理器；

启动传感服务；

启动窗口管理器；

启动蓝牙服务；

启动挂载服务。

其他服务：

启动状态栏服务；

启动硬件服务；

启动网络状态服务；

启动网络连接服务；

启动通知管理器；

启动设备存储监视服务；

启动定位管理器；

启动搜索服务；

启动剪切板服务；

启动登记服务；

启动壁纸服务；

启动音频服务；

启动耳机监听；

启动AdbSettingsObserver（处理adb命令）。

第七步：引导完成

一旦系统服务在内存中跑起来了，Android就完成了引导过程。在这个时候“ACTION_BOOT_COMPLETED”开机启动广播就会发出去。

Android 10.0 Activity的启动流程

本文主要学习记录，基于Android 10的源码，有错误欢迎指正，主要目的是梳理流程图。

以进程为单位的调用栈图如下：

1.activity中的startActivity方法最终都会通过拿到ATSM的代理IActivityTaskManager调用的startActivity；

2.之后进入system server进程中的ATMS startActivity，ATMS 经过收集Intent信息，然后使用ActivityStackSupervisor.startSpecificActivityLocked，如果进程已经存在，则直接使用realStartActivityLocked，通过App的binder客户端的代理ApplicationThread调用回到bindApplication，走入Activity的启动流程；如果进程不存在则通过socket链接Zygote，请求fork新的进程；

3.App进程创建完成后，进程启动会调用ActivityThread.main方法，初始化主线程Handler,接着走入attach方法，然后通过AMS的代理调用AMS的attachApplication方法，并将App进程的通信代理ApplicationThread传入AMS；

4.AMS获取到ATMS调用ApplicationThread的bindApplication回到App进程的ActivityThread.ApplicationThread.bindApplication方法中，然后使用Handler切换到主线程执行handleBindApplication，这里初始化了App的进程名字、时间，用户的硬件配置，包括App的文件系统，创建了App的Context实例，Instrumentation实例，调用App的onCreate回调方法，同时告诉AMS APP初始化工作完毕；

5.AMS接着会调用ATMS的attachApplication，最后调用ClientLifecycleManager的scheduleTransaction方法，通过App的Binder代理ApplicationThread回到ActivityThread；

6.进入ActivityThread.ApplicationThread.scheduleTransaction方法之后就进入了Activity的onStart、onResume回调

创建进程之前的过程主要是AMS的内部信息收集的判断的过程，下面主要看一下App进程启动的源码流程

从应用进程被创建开始，ActivityThread.main被执行

调用ActivityThread的attach方法，然后将activity和AMS通信的Binder代理IApplicationThread实例传入AMS

接着进入AMS进程，ActivityManagerService.attachApplicationLocked

1.thread.bindApplication ：该方法主要讲App进程的配置信息通过IApplicationThread Binder通信回传到ActivityThread中

2.mAtmInternal.attachApplication ：mAtmInternal实际就是ActivityTaskManager的实例，通过LocalServices加载

那么这里相当于走到了ActivityTaskManagerServer的attachApplication中

先看第一条：

注意：ActivityThread中存在于Binder通信的代理--》ApplicationThread extends IApplicationThread.Stub

ActivityThread--》ApplicationThread--》bindApplication

这里的bindApplication主要初始化了AppBindData，然后发送BIND_APPLICATION给APP的主线程BIND_APPLICATION，最后执行了handleBindApplication

handleBindApplication如下：

ActivityThread--》class H extends Handler

该方法主要在App进程中对App的一些硬件资源配置申请的属性、App的文件夹等完成App基本信息的初始化

接着看第二条：mAtmInternal.attachApplication

mAtmInternal.attachApplication最终会调用mRootActivityContainer.attachApplication(wpc)

RootActivityContainer.attachApplication

接着调用ActivityStackSupervisor.realStartActivityLocked开始创建Activity

ActivityStackSupervisor.realStartActivityLocked

创建ClientLifecycleManager和ClientTransactionHandler来辅助管理Activity的生命周期

注意

clientTransaction.addCallback是LaunchActivityItem

lifecycleItem是ResumeActivityItem

ClientLifecycleManager.scheduleTransaction最终会调用ClientTransaction的schedule方法

那么这个mClient是IApplicationThread的实例，那么此时也就回到了ActivityThread的ApplicationThread中

ActivityThread的ApplicationThread中

因为ActivityThread继承ClientTransactionHandler，所以到了ClientTransactionHandler中

通过Handler发送消息EXECUTE_TRANSACTION到H中

接着TransactionExecutor的execute方法

LaunchActivityItem.execute方法

client其实是在ActivityThread的实例，那么就回到了ActivityThread的handleLaunchActivity

接着调用performLaunchActivity

在performLaunchActivity中，主要是加载App的资源包，然后创建了Activity的context实例，并创建了Activity的实例，接着调用activity.attach方法，attach执行完之后调用了onCreate方法。

activity.attach

activity.attach中主要

1.创建了PhoneWindow实例

2.设置了Window接口的监听

3.初始化了成员变量，包括线程和WindowManager

到此Oncreate已经完成，那么OnStart和OnResume去哪了？

TransactionExecutor的execute方法

之前们只分析了executeCallbacks，接着executeLifecycleState方法

TransactionExecutor的executeLifecycleState方法

cycleToPath：lifecycleItem即为ResumeActivityItem

第一点：

int finish = lifecycleItem.getTargetState()

lifecycleItem对应ResumeActivityItem，如下：

ResumeActivityItem的getTargetState方法

对应ActivityLifecycleItem中的枚举类型：

第二点：ActivityClientRecord中的mLifecycleState，由于在前面已经执行了handleLaunchActivity所以mLifecycleState=1

对应ActivityLifecycleItem中的枚举类型：

PRE_ON_CREATE = 0

所以final int star = 1

接着看getLifecyclePath，此时start=1，finish=3

那么返回的IntArray就是2

接着看performLifecycleSequence

最终执行的是handleStartActivity所以最终走到了ActivityThread的handleResumeActivity

两点：

调用activity.performStart

调用Instrumetation.callActivityOnPostCreate

performStart方法：

调用了Instrumentation.callActivityOnStart方法：

最终到了activity的onStart方法

第二点：Instrumentation.callActivityOnPostCreate

上面主要走了cycleToPath，接着ResumeActivityItem.execute

调用了handleResumeActivity方法

handleResumeActivity最终调用performResumeActivity

调用了Instrumentation.callActivityOnResume，

到了activity.onResume()方法

参考文章：

Android_WMS_启动流程

本文主要是基于android10.0.0来讲述下WMS的启动流程

WMS作为系统的一个关键服务其是在SystemServer.java::startOtherServices中启动的

WMS主要有下面几个作用

1：应用程序通过WMS向SurfaceFinger申请surface,surface代表的是绘图表面，应用程序绘制都必须在绘图表面上

2：管理窗口的层级，一个窗口一般在WMS端都是一个WindowState，其是有层级区分的，其有baseLayer和subLayer两个值共同确定

3：窗口动画：WindowAnimator

其中上面有一个比较重要的对象PhoneWindowManager,主要是负责窗口管理的各种策略

WindowManagerPolicy mPolicy;----------------对应的实现类PhoneWindowManager,主要是窗口管理的策略和按键的处理

final ActivityManagerInternal mAmInternal;------对应的是AMS,持有AMS对象

final ActivityTaskManagerInternal mAtmInternal;---管理Task的，android10.0新增

final ArraySetSession mSessions = new ArraySet();----会话，主要是建立和surfaceFinger的连接

final WindowHashMap mWindowMap = new WindowHashMap();----缓存windowstate

AMS,WMS之间数据是对应的，通过token值可以在AMS,WMS,应用程序之后来唯一确定一组Window,token是关联着一组窗口的，可能有多个WindowState的token值是相同的

整个启动过程涉及3个线程: system_server主线程, “android.display”, “android.ui”, 整个过程是采用阻塞方式(利用Handler.runWithScissors)执行的. 其中WindowManagerService.mH的Looper运行在 “android.display”进程，也就意味着WMS.H.handleMessage()在该线程执行。

Android应用程序启动流程总结

AMS主要功能：

AMS是Android中最核心的服务，主要负责系统中四大组件的启动、切换、调度及应用进程的管理和调度等工作。还负责启动或杀死应用程序的进程。

WMS主要功能：

为所有窗口分配Surface。

管理Surface的显示顺序、尺寸、位置。

管理窗口动画。

输入系统相关：WMS是派发系统按键和触摸消息的最佳人选，当接收到一个触摸事件，它需要寻找一个最合适的窗口来处理消息。

PWS主要功能：

PMS 用来管理跟踪所有应用APK，包括安装，卸载，解析，控制权限等。

SystemServer也是一个进程，包括AMS、PMS、WMS等等。

zygote意为“受精卵“。Android是基于Linux系统的，而在Linux中，所有的进程都是由init进程直接或者是间接fork出来的，zygote进程也不例外。

App进程是用户点击桌面icon时，通过Launcher进程请求SystemServer，再调用Zygote孵化的。

①点击启动一个App，Launcher进程采用Binder IPC向ActivityManagerService发起startActivity请求；

②ActivityManagerService接收到请求后，向zygote进程发送创建进程的请求；

③Zygote进程fork出新的子进程，即App进程；

④App进程通过Binder IPC向sytem_server进程发起绑定Application请求；

⑤system_server进程在收到请求后，进行一系列准备工作后，再通过binder IPC向App进程发送scheduleLaunchActivity请求；

⑥App进程的binder线程（ApplicationThread）在收到请求后，通过handler向主线程发送LAUNCH_ACTIVITY消息；

⑦主线程在收到Message后，通过发射机制创建目标Activity，并回调Activity.onCreate()等方法。

⑧到此，App便正式启动，开始进入Activity生命周期，执行完onCreate/onStart/onResume方法，UI渲染结束后便可以看到App的主界面。

备注：

Launcher，PMS，Zygote，App进程是三个独立的进程，相互通信就需要使用进程间通信机制。与Zygote通信是使用的socket通信，Launcher，PMS，App进程间使用的是Binder机制。

Android App安装以及启动流程

Android App的安装可以分为有界面的安装和无界面的安装。

有界面的安装其实就是调用系统App（PackageInstaller）去安装apk，打开安装apk应用之后，点击安装按钮执行startInstall方法，然后就进入安装中界面开始安装，安装成功或者失败都会有对应的回调。内部其实也是使用PackageManager的installExistingPackage方法，通过binder机制，调用到PackageManagerService的installExistingPackage方法，最终调用到installExistingPackageAsUser方法安装，而安装的核心原理其实就是将apk文件拷贝到系统可识别的重要的文件目录：

无界面安装是调用adb命令，执行到一个c写的commandline脚本，调用 install_app 方法，然后再调用 pm_command ，然后执行到pm脚本，执行 run 方法，调用 runinstall ，然后调用 installPackageAsUser 通过AMS执行安装。

说到App的启动，就需要从开机开始说起，Android开机会先把所有应用安装一遍就是把apk拷贝到对应的目录（这也是Android开机慢的原因）。

整个流程如下：

其实App的启动，除了刚开机是不一样之外，正常时候基本与Activity的启动非常接近。

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