Android 启动系统综述

系统启动

系统启动架构图

image.png

init进程(pid=1) Linux系统中用户空间的第一个进程

1.启动zygote服务

服务启动 zygote

2.重启服务

当init子进程退出时，会产生SIGCHLD信号，并发送给init进程，通过socket套接字传递数据，调用到wait_for_one_process()方法，根据是否是oneshot，来决定是重启子进程，还是放弃启动。

重启服务

3.属性服务

创建一块共享的内存空间，用于属性服务器;
解析各个rc文件，并启动相应属性服务进程;

init进程(pid=1)是Linux系统中用户空间的第一个进程，主要工作如下：

创建一块共享的内存空间，用于属性服务器;
解析各个rc文件，并启动相应属性服务进程;
初始化epoll，依次设置signal、property、keychord这3个fd可读时相对应的回调函数;
进入无限循环状态，执行如下流程：
检查action_queue列表是否为空，若不为空则执行相应的action;
检查是否需要重启的进程，若有则将其重新启动;
进入epoll_wait等待状态，直到系统属性变化事件(property_set改变属性值)，或者收到子进程的信号SIGCHLD，再或者keychord 键盘输入事件，则会退出等待状态，执行相应的回调函数。

可见init进程在开机之后的核心工作就是响应property变化事件和回收僵尸进程。当某个进程调用property_set来改变一个系统属性值时，系统会通过socket向init进程发送一个property变化的事件通知，那么property fd会变成可读，init进程采用epoll机制监听该fd则会触发回调handle_property_set_fd()方法。回收僵尸进程，在Linux内核中，如父进程不等待子进程的结束直接退出，会导致子进程在结束后变成僵尸进程，占用系统资源。为此，init进程专门安装了SIGCHLD信号接收器，当某些子进程退出时发现其父进程已经退出，则会向init进程发送SIGCHLD信号，init进程调用回调方法handle_signal()来回收僵尸子进程。

init.cpp

static int epoll_fd = -1;

int main(int argc, char** argv) {
    ...
    //设置文件属性0777
    umask(0);
    //初始化内核log，位于节点/dev/kmsg【见小节1.2】
    klog_init();
    //设置输出的log级别
    klog_set_level(KLOG_NOTICE_LEVEL);

    //创建一块共享的内存空间，用于属性服务【见小节5.1】
    property_init();
    //初始化epoll功能
    epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
    //初始化子进程退出的信号处理函数，并调用epoll_ctl设置signal fd可读的回调函数【见小节2.1】
    signal_handler_init();  

    //加载default.prop文件
    property_load_boot_defaults();
    //启动属性服务器，此处会调用epoll_ctl设置property fd可读的回调函数【见小节5.2】
    start_property_service();   
    //解析init.rc文件
    init_parse_config_file("/init.rc");

    //执行rc文件中触发器为on early-init的语句
    action_for_each_trigger("early-init", action_add_queue_tail);
    //等冷插拔设备初始化完成
    queue_builtin_action(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");
    queue_builtin_action(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");
    //设备组合键的初始化操作，此处会调用epoll_ctl设置keychord fd可读的回调函数
    queue_builtin_action(keychord_init_action, "keychord_init");

    // 屏幕上显示Android静态Logo 【见小节1.3】
    queue_builtin_action(console_init_action, "console_init");

    //执行rc文件中触发器为on init的语句
    action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail);
    queue_builtin_action(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");

    char bootmode[PROP_VALUE_MAX];
    //当处于充电模式，则charger加入执行队列；否则late-init加入队列。
    if (property_get("ro.bootmode", bootmode) > 0 && strcmp(bootmode, "charger") == 0)
    {
       action_for_each_trigger("charger", action_add_queue_tail);
    } else {
       action_for_each_trigger("late-init", action_add_queue_tail);
    }
    //触发器为属性是否设置
    queue_builtin_action(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");

    while (true) {
        if (!waiting_for_exec) {
            execute_one_command();
             //根据需要重启服务【见小节1.4】
            restart_processes();
        }
        int timeout = -1;
        if (process_needs_restart) {
            timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000;
            if (timeout < 0)
                timeout = 0;
        }
        if (!action_queue_empty() || cur_action) {
            timeout = 0;
        }

        epoll_event ev;
        //循环等待事件发生
        int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout));
        if (nr == -1) {
            ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno));
        } else if (nr == 1) {
            ((void (*)()) ev.data.ptr)();
        }
    }
    return 0;
}

init进程

Zygote进程启动

Zygote是由init进程通过解析init.zygote.rc文件而创建的，zygote所对应的可执行程序app_process，所对应的源文件是App_main.cpp，进程名为zygote。

Zygote启动流程

Zygote启动流程调用图

1.解析init.zygote.rc中的参数，创建AppRuntime并调用AppRuntime.start()方法；

2.调用AndroidRuntime的startVM()方法创建虚拟机，再调用startReg()注册JNI函数；

3.通过JNI方式调用ZygoteInit.main()，第一次进入Java世界；

4.registerZygoteSocket()建立socket通道，zygote作为通信的服务端，用于响应客户端请求；

5.preload()预加载通用类、drawable和color资源、openGL以及共享库以及WebView，用于提高app启动效率；

6.zygote完毕大部分工作，接下来再通过startSystemServer()，fork得力帮手system_server进程，也是上层framework的运行载体。

7.zygote功成身退，调用runSelectLoop()，随时待命，当接收到请求创建新进程请求时立即唤醒并执行相应工作。

zygote进程内加载了preload()方法中的所有资源，当需要fork新进程时，采用copy on write技术。

Zygote fork新进程

zygote进程

SystemServer进程

SystemServer启动流程

在RuntimeInit.java中invokeStaticMain方法通过创建并抛出异常ZygoteInit.MethodAndArgsCaller，在ZygoteInit.java中的main()方法会捕捉该异常，并调用caller.run()，再通过反射便会调用到SystemServer.main()方法，该方法主要执行流程：

SystemServer.main
    SystemServer.run
        createSystemContext
        startBootstrapServices();
        startCoreServices();
        startOtherServices();
        Looper.loop();

system_server服务启动流程

Android进程创建

android进程创建

进程创建流程图

Zygote.forkAndSpecialize
    ZygoteHooks.preFork
        Daemons.stop
        ZygoteHooks.nativePreFork
            dalvik_system_ZygoteHooks.ZygoteHooks_nativePreFork
                Runtime::PreZygoteFork
                    heap_->PreZygoteFork()
    Zygote.nativeForkAndSpecialize
        com_android_internal_os_Zygote.ForkAndSpecializeCommon
            fork()
            Zygote.callPostForkChildHooks
                ZygoteHooks.postForkChild
                    dalvik_system_ZygoteHooks.nativePostForkChild
                        Runtime::DidForkFromZygote
    ZygoteHooks.postForkCommon
        Daemons.start

forkAndSpecialize时序图

ServiceManager启动流程图