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本文主要介绍Android系统重启动到Home启动的过程,下面是本人整理的时序图(由于图片比较大，你们可以保存到本地放大看）:
Android系统启动流程.jpg
而下文也将对照时序图的顺序进行分析。
Init进程的启动
image.png
上图是Linux系统的启动流程，而Android是基于Linux开发的，所以也符合它的启动流程。我们可以看到Init进程是由内核系统fock出来的。该进程的入口文件在
init.cpp#main(/system/core/init/init.cpp)
bool waiting_for_exec = false;
int main(int argc, char** argv) {
...
// 创建一些文件夹，并挂载设备，这些是和 Linux 相关的
if (is_first_stage) {
mount();
mkdir();
}
/*解析init.rc配置文件
*配置文件位于system/core/rootdir/init.rc中
*在解析配置文件中会启动zygote进程
*/
init_parse_config_file("/init.rc");
...
while (true) {
if (!waiting_for_exec) {
execute_one_command();
restart_processes();
}
...
//阻塞 等待事件发生
int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout));
}
}
init.cpp的main函数会先去解析init.rc配置文件，我们这里不深入分析，反正解析完配置文件以后，我们会得到一个带启动的进程列表，然后进入死循环执行启动进程，那waiting_for_exec是在什么时候被置为true的呢？其实是在service_start()方法中，下文会分析到，现在我们先略过。
init.cpp#restart_processes
static void restart_processes()
{
process_needs_restart = 0;
service_for_each_flags(SVC_RESTARTING,
restart_service_if_needed);
}
其中service_for_each_flags的声明在init.h中,实现在init_parse.cpp中：
init.h#service_for_each_flags
void service_for_each_flags(unsigned matchflags,void (*func)(struct service *svc));
init_parse.cpp#service_for_each_flags
void service_for_each_flags(unsigned matchflags,void (*func)(struct service *svc))
{
struct listnode *node;
struct service *svc;
list_for_each(node, &service_list) {
svc = node_to_item(node, struct service, slist);
if (svc->flags & matchflags) {
func(svc);
}
}
}
检查service_list中的所有服务，对于带有SVC_RESTARTING标志的服务，则都会调用其相应的restart_service_if_needed。
init.cpp#restart_service_if_needed
//如果有必要的话重启服务
static void restart_service_if_needed(struct service *svc)
{
time_t next_start_time = svc->time_started + 5;
if (next_start_time <= gettime()) {
svc->flags &= (~SVC_RESTARTING);
//启动服务
service_start(svc, NULL);
return;
}
if ((next_start_time < process_needs_restart) ||
(process_needs_restart == 0)) {
process_needs_restart = next_start_time;
}
}
init.cpp#service_start
void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
{
...
//创建一个新的进程
pid_t pid = fork();
...
//启动上文中新fork出来的进程
execve(svc->args[0], (char**) arg_ptrs, (char**) ENV);
}
通过fork和execve我们会进入app_main(zygote)进程。
阶段总结
image.png
app_main(zygote)进程的启动
该进程的入口文件位于
app_main.cpp(/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp)
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
zygote = true;
niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
}
...
if (zygote) {
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
...
}
}
当我们的命令中包含--zygote的时候，我们就会调用到ZygoteInit。
AndroidRuntime.cpp#start(D:\Android\FrameworkSource\frameworks\base\core\jni)
...
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv* env;
//如果java虚拟机已经被创建并启动则直接返回
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
return;
}
onVmCreated(env);
/*
* Register android functions.
*/
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
...
//指明要调用的类，这里涉及到jni调用
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
...
//得到com.android.internal.os.ZygoteInit 的main方法的id
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
...
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
...
通过上文的JNI调用我们就进入到Java的世界了
ZygoteInit#main(frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java)
//由app_main(zygote)进程通过jni的方式调用
public static void main(String argv[]) {
...
try {
//注册ZygoteSocket
registerZygoteSocket(socketName);
...
//预加载类和资源
preload();
...
if (startSystemServer) {
//启动SystemServer进程，属于行的进程下文会详细分析
startSystemServer(abiList, socketName);
}
runSelectLoop(abiList); //进入循环模式
closeServerSocket();
...
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
}
}
registerZygoteSocket
private static void registerZygoteSocket(String socketName) {
if (sServerSocket == null) {
int fileDesc;
final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;
try {
String env = System.getenv(fullSocketName);
fileDesc = Integer.parseInt(env);
} catch (RuntimeException ex) {
...
}
try {
FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
fd.setInt$(fileDesc); //设置文件描述符
sServerSocket = new LocalServerSocket(fd); //创建Socket的本地服务端
} catch (IOException ex) {
...
}
}
}
preload
//预加载位于/system/etc/preloaded-classes文件中的类
preloadClasses();
//预加载资源，包含drawable和color资源
preloadResources();
//预加载OpenGL
preloadOpenGL();
//通过System.loadLibrary()方法，
//预加载"android","compiler_rt","jnigraphics"这3个共享库
preloadSharedLibraries();
//预加载 文本连接符资源
preloadTextResources();
//仅用于zygote进程，用于内存共享的进程
WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
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，如下：
image.png
startSystemServer（略过，下文会分析，属于主流程）
runSelectLoop
private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
//sServerSocket是socket通信中的服务端，即zygote进程。保存到fds[0]
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());
peers.add(null);
while (true) {
StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {
pollFds[i] = new StructPollfd();
pollFds[i].fd = fds.get(i);
pollFds[i].events = (short) POLLIN;
}
try {
//处理轮询状态，当pollFds有事件到来则往下执行，否则阻塞在这里
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
...
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {
//采用I/O多路复用机制，当接收到客户端发出连接请求 或者数据处理请求到来，则往下执行；
// 否则进入continue，跳出本次循环。
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {
//即fds[0]，代表的是sServerSocket，则意味着有客户端连接请求；
// 则创建ZygoteConnection对象,并添加到fds。
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor()); //添加到fds.
} else {
//i>0，则代表通过socket接收来自对端的数据，并执行相应操作
boolean done = peers.get(i).runOnce();
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i); //处理完则从fds中移除该文件描述符
}
}
}
}
}
Zygote采用高效的I/O多路复用机制，保证在没有客户端连接请求或数据处理时休眠，否则响应客户端的请求。
runOnce
boolean runOnce() throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
String args[];
Arguments parsedArgs = null;
FileDescriptor[] descriptors;
try {
//读取socket客户端发送过来的参数列表
args = readArgumentList();
descriptors = mSocket.getAncillaryFileDescriptors();
} catch (IOException ex) {
...
return true;
}
...
try {
//将binder客户端传递过来的参数，解析成Arguments对象格式
parsedArgs = new Arguments(args);
...
pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo,
parsedArgs.niceName, fdsToClose, parsedArgs.instructionSet,
parsedArgs.appDataDir);
} catch (Exception e) {
...
}
try {
if (pid == 0) {
//子进程执行
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
serverPipeFd = null;
//进入子进程流程
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
return true;
} else {
//父进程执行
IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
childPipeFd = null;
return handleParentProc(pid, descriptors, serverPipeFd, parsedArgs);
}
} finally {
IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
}
}
阶段总结
Zygote启动过程的调用流程图
image.png
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。
最后，介绍给通过cmd命令，来fork新进程来执行类中main方法的方式：(启动后进入RuntimeInit.main)
app_process [可选参数] 命令所在路径 启动的类名 [可选参数]
SystemServer初始化
由上文可知，SystemServer由Zygote fork生成的，改进程名为system_server,该进程承载着framework的核心服务。启动SystemServer起点是调用startSystemServer()，下面是system_server的启动流程：
image.png
上图前4步骤（即颜色为紫色的流程）运行在是Zygote进程，从第5步（即颜色为蓝色的流程）ZygoteInit.handleSystemServerProcess开始是运行在新创建的system_server，这是fork机制实现的（fork会返回2次）。
startSystemServer
startSystemServer会进入开启SystemServer进程阶段，下文会详细分析
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
//用于解析参数，生成目标格式
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
// fork子进程，该进程是system_server进程【见小节2】
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//进入子进程system_server
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
// 完成system_server进程剩余的工作 【见小节5】
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
startSystemServer函数主要的作用是准备参数并fork新进程，从上面可以看出system server进程参数信息为uid=1000,gid=1000,进程名为sytem_server，从zygote进程fork新进程后，需要关闭zygote原有的socket。另外，对于有两个zygote进程情况，需等待第2个zygote创建完成。
forkSystemServer流程
Zygote.java(frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java)#forkSystemServer
public static int forkSystemServer(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags,
int[][] rlimits, long permittedCapabilities, long effectiveCapabilities) {
VM_HOOKS.preFork();
int pid = nativeForkSystemServer(
uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
// Enable tracing as soon as we enter the system_server.
if (pid == 0) {
Trace.setTracingEnabled(true);
}
VM_HOOKS.postForkCommon();
return pid;
}
nativeForkSystemServer()方法是本地方法在AndroidRuntime.cpp中注册的，调用com_android_internal_os_Zygote.cpp中的register_com_android_internal_os_Zygote()方法建立native方法的映射关系。
nativeForkSystemServer(com_android_internal_os_Zygote.cpp)
static jint com_android_internal_os_Zygote_nativeForkSystemServer(
JNIEnv* env, jclass, uid_t uid, gid_t gid, jintArray gids,
jint debug_flags, jobjectArray rlimits, jlong permittedCapabilities,
jlong effectiveCapabilities) {
//fork子进程
pid_t pid = ForkAndSpecializeCommon(env, uid, gid, gids,
debug_flags, rlimits,
permittedCapabilities, effectiveCapabilities,
MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT, NULL, NULL, true, NULL,
NULL, NULL);
if (pid > 0) {
// zygote进程，检测system_server进程是否创建
gSystemServerPid = pid;
int status;
if (waitpid(pid, &status, WNOHANG) == pid) {
//当system_server进程死亡后，重启zygote进程
RuntimeAbort(env);
}
}
return pid;
}
当system_server进程创建失败时，将会重启zygote进程。这里需要注意，对于Android 5.0以上系统，有两个zygote进程，分别是zygote、zygote64两个进程，system_server的父进程，一般来说64位系统其父进程是zygote64进程。
1.当kill system_server进程后，只重启zygote64和system_server，不重启zygote;
2.当kill zygote64进程后，只重启zygote64和system_server，也不重启zygote；
3.当kill zygote进程，则重启zygote、zygote64以及system_server。
ForkAndSpecializeCommon
static pid_t ForkAndSpecializeCommon(JNIEnv* env, uid_t uid, gid_t gid, jintArray javaGids, jint debug_flags, jobjectArray javaRlimits, jlong permittedCapabilities, jlong effectiveCapabilities, jint mount_external, jstring java_se_info, jstring java_se_name, bool is_system_server, jintArray fdsToClose, jstring instructionSet, jstring dataDir) {
SetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数
pid_t pid = fork(); //fork子进程
if (pid == 0) {
//进入子进程
DetachDescriptors(env, fdsToClose); //关闭并清除文件描述符
if (!is_system_server) {
//对于非system_server子进程，则创建进程组
int rc = createProcessGroup(uid, getpid());
}
SetGids(env, javaGids); //设置设置group
SetRLimits(env, javaRlimits); //设置资源limit
int rc = setresgid(gid, gid, gid);
rc = setresuid(uid, uid, uid);
SetCapabilities(env, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
SetSchedulerPolicy(env); //设置调度策略
//selinux上下文
rc = selinux_android_setcontext(uid, is_system_server, se_info_c_str, se_name_c_str);
if (se_info_c_str == NULL && is_system_server) {
se_name_c_str = "system_server";
}
if (se_info_c_str != NULL) {
SetThreadName(se_name_c_str); //设置线程名为system_server，方便调试
}
UnsetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数为默认函数
//等价于调用zygote.callPostForkChildHooks()
env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, debug_flags,
is_system_server ? NULL : instructionSet);
...
} else if (pid > 0) {
//进入父进程，即zygote进程
}
return pid;
}
fork()创建新进程，采用copy on write方式，这是linux创建进程的标准方法，会有两次return,对于pid==0为子进程的返回，对于pid>0为父进程的返回。 到此system_server进程已完成了创建的所有工作，接下来开始了system_server进程的真正工作。在前面startSystemServer()方法中，zygote进程执行完forkSystemServer()后，新创建出来的system_server进程便进入handleSystemServerProcess()方法。关于fork()，可查看理解Android进程创建流程。
HandleSystemServerProcess流程
ZygoteInit.java#handleSystemServerProcess
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
...
//此处systemServerClasspath环境变量主要有/system/framework/目录下的services.jar，ethernet-service.jar, wifi-service.jar这3个文件
final String systemServerClasspath = Os.getenv("SYSTEMSERVERCLASSPATH");
if (systemServerClasspath != null) {
//执行dex优化操作
performSystemServerDexOpt(systemServerClasspath);
}
//之前传进来的invokeWith为null，走eles逻辑
if (parsedArgs.invokeWith != null) {
String[] args = parsedArgs.remainingArgs;
if (systemServerClasspath != null) {
String[] amendedArgs = new String[args.length + 2];
amendedArgs[0] = "-cp";
amendedArgs[1] = systemServerClasspath;
System.arraycopy(parsedArgs.remainingArgs, 0, amendedArgs, 2, parsedArgs.remainingArgs.length);
}
WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,
parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,
VMRuntime.getCurrentInstructionSet(), null, args);
} else {
//通过类加载器加载指定目录下的类并调用 RuntimeInit.zygoteInit
ClassLoader cl = null;
if (systemServerClasspath != null) {
cl = new PathClassLoader(systemServerClasspath, ClassLoader.getSystemClassLoader());
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
}
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
}
ZygoteInit.java#performSystemServerDexOpt
private static void performSystemServerDexOpt(String classPath) {
final String[] classPathElements = classPath.split(":");
//创建一个与installd的建立socket连接
final InstallerConnection installer = new InstallerConnection();
//执行ping操作，直到与installd服务端连通为止
installer.waitForConnection();
final String instructionSet = VMRuntime.getRuntime().vmInstructionSet();
try {
for (String classPathElement : classPathElements) {
final int dexoptNeeded = DexFile.getDexOptNeeded(
classPathElement, "*", instructionSet, false /* defer */);
if (dexoptNeeded != DexFile.NO_DEXOPT_NEEDED) {
//以system权限，执行dex文件优化
installer.dexopt(classPathElement, Process.SYSTEM_UID, false,
instructionSet, dexoptNeeded);
}
}
} catch (IOException ioe) {
throw new RuntimeException("Error starting system_server", ioe);
} finally {
installer.disconnect(); //断开与installd的socket连接
}
}
将classPath字符串中的apk，分别进行dex优化操作。真正执行优化工作通过socket通信将相应的命令参数，发送给installd来完成。
zygoteInit流程
RuntimeInit#zygoteInit(frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java)
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
if (DEBUG) Slog.d(TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "RuntimeInit");
//重定向日志
redirectLogStreams();
//通用组件初始化
commonInit();
//本地Zygote初始化 native方法
nativeZygoteInit();
//android第一个app应用初始化
applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}
RuntimeInit#commonInit
private static final void commonInit() {
// 设置默认的未捕捉异常处理方法
Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new UncaughtHandler());
// 设置市区，中国时区为"Asia/Shanghai"
TimezoneGetter.setInstance(new TimezoneGetter() {
@Override
public String getId() {
return SystemProperties.get("persist.sys.timezone");
}
});
TimeZone.setDefault(null);
//重置log配置
LogManager.getLogManager().reset();
new AndroidConfig();
// 设置默认的HTTP User-agent格式,用于 HttpURLConnection。
String userAgent = getDefaultUserAgent();
System.setProperty("http.agent", userAgent);
// 设置socket的tag，用于网络流量统计
NetworkManagementSocketTagger.install();
}
AndroidRuntime.cpp#com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit
static void com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz) {
//此处的gCurRuntime为AppRuntime，是在AndroidRuntime.cpp中定义的
gCurRuntime->onZygoteInit();
}
[–>app_main.cpp]
irtual void onZygoteInit() {
sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
proc->startThreadPool(); //启动新binder线程
}
ProcessState::self()是单例模式，主要工作是调用open()打开/dev/binder驱动设备，再利用mmap()映射内核的地址空间，将Binder驱动的fd赋值ProcessState对象中的变量mDriverFD，用于交互操作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程，不断进行talkWithDriver()，在binder系列文章中的注册服务(addService)详细这两个方法的执行原理。
RuntimeInit.java#applicationInit
private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//true代表应用程序退出时不调用AppRuntime.onExit()，否则会在退出前调用
nativeSetExitWithoutCleanup(true);
//设置虚拟机的内存利用率参数值为0.75
VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);
VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion);
final Arguments args;
try {
args = new Arguments(argv); //解析参数
} catch (IllegalArgumentException ex) {
return;
}
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
//调用startClass的static方法 main()
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}
RuntimeInit.java#invokeStaticMain
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
Class<?> cl = Class.forName(className, true, classLoader);
...
Method m;
try {
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
} catch (NoSuchMethodException ex) {
...
} catch (SecurityException ex) {
...
}
int modifiers = m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
...
}
//通过抛出异常，回到ZygoteInit.main()。这样做好处是能清空栈帧，提高栈帧利用率。
throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
还记得在zygote进程的ZygoteInit.java的以下代码吗？
public static void main(String argv[]) {
try {
startSystemServer(abiList, socketName);//启动system_server
....
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run(); //
} catch (RuntimeException ex) {
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
很明显当我们抛出MethodAndArgsCaller异常时会调用 caller.run()方法。
public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable {
public void run() {
try {
//根据传递过来的参数，可知此处通过反射机制调用的是SystemServer.main()方法
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable cause = ex.getCause();
if (cause instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) cause;
} else if (cause instanceof Error) {
throw (Error) cause;
}
throw new RuntimeException(ex);
}
}
}
代码比较简单，就是通过反射调用SystemServer类的main()方法。
SystemServer启动(/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java)
SystemServer#main
public static void main(String[] args) {
//创建了一个SystemServer对象
new SystemServer().run();
}
SystemServer#run
private void run() {
//当系统时间比1970年更早，就设置当前系统时间为1970年
if (System.currentTimeMillis() < EARLIEST_SUPPORTED_TIME) {
SystemClock.setCurrentTimeMillis(EARLIEST_SUPPORTED_TIME);
}
//变更虚拟机的库文件，对于Android 6.0默认采用的是libart.so
SystemProperties.set("persist.sys.dalvik.vm.lib.2", VMRuntime.getRuntime().vmLibrary());
if (SamplingProfilerIntegration.isEnabled()) {
...
}
//清除vm内存增长上限，由于启动过程需要较多的虚拟机内存空间
VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();
//设置内存的可能有效使用率为0.8
VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);
// 针对部分设备依赖于运行时就产生指纹信息，因此需要在开机完成前已经定义
Build.ensureFingerprintProperty();
//访问环境变量前，需要明确地指定用户
Environment.setUserRequired(true);
//确保当前系统进程的binder调用，总是运行在前台优先级(foreground priority)
BinderInternal.disableBackgroundScheduling(true);
android.os.Process.setThreadPriority(android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
android.os.Process.setCanSelfBackground(false);
// 主线程looper就在当前线程运行
Looper.prepareMainLooper();
//加载android_servers.so库，该库包含的源码在frameworks/base/services/目录下
System.loadLibrary("android_servers");
//检测上次关机过程是否失败，该方法可能不会返回
performPendingShutdown();
//初始化系统上下文
createSystemContext();
//创建系统服务管理
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
//将mSystemServiceManager添加到本地服务的成员sLocalServiceObjects
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
//启动各种系统服务
try {
startBootstrapServices(); // 启动引导服务
startCoreServices(); // 启动核心服务
startOtherServices(); // 启动其他服务
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
}
//用于debug版本，将log事件不断循环地输出到dropbox（用于分析）
if (StrictMode.conditionallyEnableDebugLogging()) {
Slog.i(TAG, "Enabled StrictMode for system server main thread.");
}
//一直循环执行
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
LocalServices通过用静态Map变量sLocalServiceObjects，来保存以服务类名为key，以具体服务对象为value的Map结构。
SystemServer#performPendingShutdown
private void performPendingShutdown() {
final String shutdownAction = SystemProperties.get(
ShutdownThread.SHUTDOWN_ACTION_PROPERTY, "");
if (shutdownAction != null && shutdownAction.length() > 0) {
boolean reboot = (shutdownAction.charAt(0) == '1');
final String reason;
if (shutdownAction.length() > 1) {
reason = shutdownAction.substring(1, shutdownAction.length());
} else {
reason = null;
}
// 当"sys.shutdown.requested"值不为空,则会重启或者关机
ShutdownThread.rebootOrShutdown(null, reboot, reason);
}
}
SystemServer#createSystemContext
private void createSystemContext() {
//创建system_server进程的上下文信息
ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
//设置主题
mSystemContext.setTheme(android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar);
}
理解Application创建过程已介绍过createSystemContext()过程， 该过程会创建对象有ActivityThread，Instrumentation, ContextImpl，LoadedApk，Application。
SystemServer#startBootstrapServices
private void startBootstrapServices() {
//阻塞等待与installd建立socket通道
Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);
//启动服务ActivityManagerService
mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
mActivityManagerService.setInstaller(installer);
//启动服务PowerManagerService
mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);
//初始化power management
mActivityManagerService.initPowerManagement();
//启动服务LightsService
mSystemServiceManager.startService(LightsService.class);
//启动服务DisplayManagerService
mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);
//Phase100: 在初始化package manager之前，需要默认的显示.
mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);
//当设备正在加密时，仅运行核心
String cryptState = SystemProperties.get("vold.decrypt");
if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) {
mOnlyCore = true;
} else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) {
mOnlyCore = true;
}
//启动服务PackageManagerService
mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);
mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();
mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();
//启动服务UserManagerService，新建目录/data/user/
ServiceManager.addService(Context.USER_SERVICE, UserManagerService.getInstance());
AttributeCache.init(mSystemContext);
//设置AMS
mActivityManagerService.setSystemProcess();
//启动传感器服务
startSensorService();
}
该方法创建的服务有：ActivityManagerService, PowerManagerService, LightsService, DisplayManagerService， PackageManagerService， UserManagerService， sensor服务。
SystemServer#startCoreServices
private void startCoreServices() {
//启动服务BatteryService，用于统计电池电量，需要LightService.
mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);
//启动服务UsageStatsService，用于统计应用使用情况
mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class);
mActivityManagerService.setUsageStatsManager(
LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class));
mPackageManagerService.getUsageStatsIfNoPackageUsageInfo();
//启动服务WebViewUpdateService
mSystemServiceManager.startService(WebViewUpdateService.class);
}
创建的服务有：BatteryService，UsageStatsService，WebViewUpdateService
SystemServer#startOtherServices
private void startOtherServices() {
...
SystemConfig.getInstance();
mContentResolver = context.getContentResolver(); // resolver
...
mActivityManagerService.installSystemProviders(); //provider
mSystemServiceManager.startService(AlarmManagerService.class); // alarm
// watchdog
watchdog.init(context, mActivityManagerService);
inputManager = new InputManagerService(context); // input
wm = WindowManagerService.main(...); // window
inputManager.start(); //启动input
mDisplayManagerService.windowManagerAndInputReady();
...
mSystemServiceManager.startService(MOUNT_SERVICE_CLASS); // mount
mPackageManagerService.performBootDexOpt(); // dexopt操作
ActivityManagerNative.getDefault().showBootMessage(...); //显示启动界面
...
statusBar = new StatusBarManagerService(context, wm); //statusBar
//dropbox
ServiceManager.addService(Context.DROPBOX_SERVICE,
new DropBoxManagerService(context, new File("/data/system/dropbox")));
mSystemServiceManager.startService(JobSchedulerService.class); //JobScheduler
lockSettings.systemReady(); //lockSettings
//phase480 和phase500
mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_LOCK_SETTINGS_READY);
mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_SYSTEM_SERVICES_READY);
...
// 准备好window, power, package, display服务
wm.systemReady();
mPowerManagerService.systemReady(...);
mPackageManagerService.systemReady();
mDisplayManagerService.systemReady(...);
//下文会详细分析
mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
public void run() {
...
}
});
}
SystemServer启动各种服务中最后的一个环节便是AMS.systemReady()，详见ActivityManagerService启动过程.
到此, System_server主线程的启动工作总算完成, 进入Looper.loop()状态,等待其他线程通过handler发送消息到主线再处理。
服务启动阶段
关于服务启动阶段的详情请参考Android系统启动-SystemServer#服务启动阶段部分
SystemServiceManager的startBootPhase()贯穿system_server进程的整个启动过程
image.png
其中PHASE_BOOT_COMPLETED=1000，该阶段是发生在Boot完成和home应用启动完毕。系统服务更倾向于监听该阶段，而不是注册广播ACTION_BOOT_COMPLETED，从而降低系统延迟。
各个启动阶段所在源码的大致位置
public final class SystemServer {
private void startBootstrapServices() {
...
//phase100
mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);
...
}
private void startCoreServices() {
...
}
private void startOtherServices() {
...
//phase480 && 500
mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_LOCK_SETTINGS_READY);
mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_SYSTEM_SERVICES_READY);
...
mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
public void run() {
//phase550
mSystemServiceManager.startBootPhase(
SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);
...
//phase600
mSystemServiceManager.startBootPhase(
SystemService.PHASE_THIRD_PARTY_APPS_CAN_START);
}
}
}
}
桌面应用启动过程
通过上文我们知道当所有的服务启动完成以后我们调用了 mActivityManagerService.systemReady(),下面我们进入到其内部看看做了哪些操作
ActivityManagerService#systemReady
public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
synchronized(this) {
if (mSystemReady) {
// If we're done calling all the receivers, run the next "boot phase" passed in
// by the SystemServer
if (goingCallback != null) {
goingCallback.run();
}
return;
}
}
...
//启动桌面应用程序
startHomeActivityLocked(mCurrentUserId, "systemReady");
...
}
ActivityManagerService#startHomeActivityLocked
boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) {
...
Intent intent = getHomeIntent();
...
mStackSupervisor.startHomeActivity(intent, aInfo, reason);
...
}
Intent getHomeIntent() {
//通过隐式调用intent
Intent intent = new Intent(mTopAction, mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);
intent.setComponent(mTopComponent);
if (mFactoryTest != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);
}
return intent;
}
<pre>
这里getHomeIntent加了一个Intent.CATEGORY_HOME的Category，系统的Launcher这个Activity正好有这个android.intent.category.HOME的Category，这个文件在/packages/apps/Launcher2/AndroidManifest.xml
<application
android:name="com.android.launcher2.LauncherApplication"
android:label="@string/application_name"
android:icon="@mipmap/ic_launcher_home"
android:hardwareAccelerated="true"
android:largeHeap="@bool/config_largeHeap"
android:supportsRtl="true">
<activity
android:name="com.android.launcher2.Launcher"
android:launchMode="singleTask"
android:clearTaskOnLaunch="true"
android:stateNotNeeded="true"
android:resumeWhilePausing="true"
android:theme="@style/Theme"
android:windowSoftInputMode="adjustPan"
android:screenOrientation="nosensor">
<intent-filter>
<action android:name="android.intent.action.MAIN" />
<category android:name="android.intent.category.HOME" />
<category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
<category android:name="android.intent.category.MONKEY"/>
</intent-filter>
</activity>
</application>
所以这里是隐式的启动了Launcher，接着调用mStackSupervisor的startHomeActivity方法
ActivityStackSupervisor#startHomeActivity(/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java))
void startHomeActivity(Intent intent, ActivityInfo aInfo, String reason) {
...
startActivityLocked(null /* caller */, intent, null /* resolvedType */, aInfo,
null /* voiceSession */, null /* voiceInteractor */, null /* resultTo */,
null /* resultWho */, 0 /* requestCode */, 0 /* callingPid */, 0 /* callingUid */,
null /* callingPackage */, 0 /* realCallingPid */, 0 /* realCallingUid */,
0 /* startFlags */, null /* options */, false /* ignoreTargetSecurity */,
false /* componentSpecified */,
null /* outActivity */, null /* container */, null /* inTask */);
}
这里调用了startActivityLocked方法，其实这个方法就是我们平时调用startActivity方法之后会调用的方法了，至此桌面就被启动起来了。
总结
关于Android系统从开机到启动桌面大概的过程如下：
1.启动linux内核，fork第一个进程init
2.init进程解析init.rc文件，然后fork出众多进程，zygote进程是其中之一
3.zygote进程启动的虚拟机，从C++环境切换到Java环境，并fork出system_server进程
4.SystemServer启动众多的系统Service如ActivityManagerService,WindowMangerService等
5.ActivityManagerService启动桌面Activity Luncher
参考
Android M系统启动流程
Android系统启动-概述
Android系统启动-Init篇
Android系统启动-zygote篇
Android系统启动-SystemServer上篇
Android系统启动-SystemServer下篇
深入理解init
深入理解 Zygote
