Android内核开发:图解Android系统的启动过程

本文是《Android内核开发》系列的第六篇文章,前面的几篇文章介绍了Android内核开发相关的基础知识,包括:Android源码的下载、版本和分支介绍、编译和烧写等等,从本文起就要开始真正地进行Android内核的学习及实战了。

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学习任何软硬件系统,研究系统启动过程都是一种非常有效地起步手段,搞Android内核开发也不例外。网上有很多文章对Android启动相关代码进行分析和走读,大家可以先搜索阅读一下,我个人更喜欢更加直观的方式去理解未知的东西,包括图、表、系统输出的log信息等等,因此,本文准备通过一些流程图和log信息,来探索一下Android的启动过程。

首先,给出一张图,图片来自这里,我觉得它画得很好,就引用过来了,帮助大家理解和分析。

Android内核开发:图解Android系统的启动过程

第一阶段:Android设备上电后,首先会从处理器片上ROM的启动引导代码开始执行,片上ROM会寻找Bootloader代码,并加载到内存。(这一步由“芯片厂商”负责设计和实现)

第二阶段:Bootloader开始执行,首先负责完成硬件的初始化,然后找到Linux内核代码,并加载到内存。(这一步由“设备厂商”负责设计和实现)

第三阶段:Linux内核开始启动,初始化各种软硬件环境,加载驱动程序,挂载根文件系统,并执行init程序,由此开启Android的世界。(这一步则是Android内核开发过程中需要涉及的地方)

Android系统以及各大Linux的发行版,他们的Linux内核部分启动过程都是差不多的,他们之间最大的区别就在于init程序的不同,因为init程序决定了系统在启动过程中,究竟会启动哪些守护进程和服务,以及呈现出怎样的一个用户UI界面。

因此,init程序是分析Android启动过程中最核心的程序。

对应的代码位于:system/core/init/init.c,工作内容如图所示(图片来自《Embedded Android》这本书):

Android内核开发:图解Android系统的启动过程

init程序最核心的工作主要有3点:

(1) 创建和挂载一些系统目录/设备节点,设置权限,如:/dev, /proc, and /sys

(2) 解析 init.rc 和 init..rc,并启动属性服务,以及一系列的服务和进程。

(3) 显示boot logo,默认是“Android”字样

其中,最重要的步骤是第二步,一系列的Android服务在这时被启动起来,其实Android系统的启动最重要的过程也就是各个系统服务的启动,因为系统所有的功能都是依赖这些服务来完成的,比如启动应用程序,拨打电话,使用WIFI或者蓝牙,播放音视频等等,只要这些服务都能正常地启动起来并且正常工作,整个Android系统也就完成了自己的启动。

这些服务包含2部分,一部分是本地服务,另一部分是Android服务,所有的这些服务都会向ServiceManager进程注册,由它统一管理,这些服务的启动过程介绍如下:

(1)本地服务

本地服务是指运行在C++层的系统守护进程,一部分本地服务是init进程直接启动的,它们定义在init.rc脚本和init..rc中,如 ueventd、servicemanager、debuggerd、rild、mediaserver等。还有一部分本地服务,是由这些本地服务进一步创建的,如mediaserver服务会启动AudioFlinger, MediaPlayerService, 以及 CameraService 等本地服务。

我们可以通过查看init.rc和init..rc文件找出具体有哪些本地服务被init进程直接启动了,这些文件的位置:system/core/rootdir/

注意,每一个由init直接启动的本地服务都是一个独立的Linux进程,在系统启动以后,我们通过adb shell命令进入手机后,输入top命令就可以查看到这些本地进程的存在:

Android内核开发:图解Android系统的启动过程

(2)Android服务

Android服务是指运行在Dalvik虚拟机进程中的服务,这些服务的创建过程描述如下:

init进程会执行app_process程序,创建Zygote进程,它是Android系统最重要的进程,所有后续的Android应用程序都是由它fork出来的。

Zygote进程会首先fork出"SystemServer"进程,"SystemServer"进程的全部任务就是将所有的Android核心服务启动起来,这些服务包括:

Android内核开发:图解Android系统的启动过程

当所有的服务都启动完毕后,SystemServer会打印出“Making services ready”,然后通过ActivityManager启动Home界面,并发送“ACTION_BOOT_COMPLETED”广播消息。

注意,这些Android服务并没有各种运行在独立的进程中,它们由SystemServer以线程的方式创建,所以都运行在同一个进程中,即SystemServer进程中。

(3) 小结

上面的几张图我总觉得还不够尽兴,因此文章最后,再给出一张图帮助大家加深一下理解,这幅图来自《Improving the Boot Time of the Android OS》这篇论文。

Android内核开发:图解Android系统的启动过程

关于图解Android系统的启动过程就介绍到这里了,有任何疑 问或者建议欢迎留言或者来信lujun.hust@gmail.com交流,或者关注我的新浪微博 @卢_俊 获取最新的文章和资讯。


本文题目:Android内核开发:图解Android系统的启动过程
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