當我們按下電源鍵，Android 究竟做了些什麽？
本文由goo發表於雲+社區專欄
相信我們對Android系統都不陌生，而Android系統博大精深，被各種各樣的智能設備承載的同時，我們會否好奇過，如此復雜的Android究竟是怎麽運作起來的呢？借本文給大家分享，筆者對Android 系統啟動流程的整體理解~
hi, I‘m Android
現在，按下電源鍵
下面是Android啟動的核心步驟流程圖，看文字的時候，記得回來對照圖來理解喔，希望閱讀全文後，回觀流程圖，會有恍然大悟的感覺，那麽文章的目的就達到啦~
整體流程
一、啟動電源及系統啟動
系統從 ROM 中開始啟動，加載引導程序到 RAM ，然後執行。
二、引導程序
引導程序是 Android 操作系統開始運行前的一個小程序，因此它需要針對特定主板與芯片，並不是 Android 操作系統的一部分。引導程序是 OEM 廠商或運行商進行加鎖、限制的地方。
1 兩個階段
- 檢測外部 RAM 以及為第二階段加載程序
- 設置網絡、內存等，搭建內核運行環境（為了達到特殊目的時，引導程序可以根據配置參數或者輸入數據來設置內核）
2 引導程序的加載器
Android引導程序可以在\bootable\bootloader\legacy\usbloader找到，傳統的加載器包含的兩個文件：
- init.s 初始化堆棧，清零BSS段，會調用 main.c 中的 _main()函數 （bss segment：通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域；BSS - Block Started by Symbol。BSS段屬於靜態內存分配）
- main.c 初始化硬件，創建 linux 標簽
三、內核啟動
Android 內核啟動方式類似桌面 linux，主要步驟：
1. 設置緩存
2. 被保護存儲器
3. 計劃列表
4. 加載驅動
當內核完成系統設置，接下來即將啟動系統的第一個進程 -- init 進程
四、init 進程
作為 Android 系統的第一個進程，其PID為0，通過解析 init.rc 腳本來構建出系統初始運行形態，這一階段中，“Android” logo 會顯示出來
（系統中，大多數系統服務程序
init.rc 由4種類型聲明組成：Actions、Commands、Services、Options
- Actions：響應某事件的過程。當“trigger”所描述的觸發事件產生時，則依次執行各種“command” 源碼角度：系統會對 init.rc 中各“trigger”進行匹配，當發現符合條件的 Action，就將它加入“命令執行隊列”尾部（除非 Action 已存在隊列中），然後系統再對這些命令按順序進行。on <trigger> ##觸發條件 <command1> ##執行命令 <command2> ##可執行多個命令 ...
- Commands：命令將在所屬事件發生時被一個個執行
- Services：可執行程序，它們在特定選項的約束下會被 init 程序運行或者重啟（Service 可以在配置中指定是否需要退出重啟，那麽，當 Service 出現異常 crash 時，可有機會復原）service <name><pathname> [<argument>]* <option> <option>
- Options:對 service 的約束選項
五和六、 ServiceManager、Zygote、SystemServer
科普：Daemons - 守護進程
init進程通過解析 init.rc 來陸續啟動其他關鍵的系統服務進程，其中最重要的是 ServiceManager、Zygote 和 SystemServer 三者，下面我們逐一解析：
1 ServiceManager -- Binder 機制支撐者
概述：ServiceManager 是 Binder 機制中的支撐者，負責某 Binder 服務註冊信息到底層 Binder 驅動分配的值解析。
ServiceManager 由 init 進程解析 rc 腳本時啟動，屬於 core 類，其他同類進程包括：uenetd、console、adbd等。根據 core 組的特性，這些進程會同時啟動或停止。另外，ServiceManager 配置含有 critical 屬性，這意味著它是系統關鍵進程（如果進程不幸在4分鐘內異常退出超過4次，設備將重啟並進入還原模式）。當 ServiceManager 每次重啟時，其他關鍵進程：zygote、media、surfaceflinger 等也會被 restart。
2. Zygote -- “孕育”新線程與進程
Android 中大多數應用進程與系統進程都是通過 Zygote 來生成的。Zygote 同樣由 init 解析 rc 腳本時啟動，屬於 main 類，同屬 main 類的系統進程有：netd、debuggerd、rild等。Zygote並不是處於獨立的程序中的，它所在程序名為“app_process”，觀察 app_process 主函數實現知道，如果 init.rc 中指定了 --zygote選項，app_process 接下來將啟動“ZygoteInit”，並傳入“start-system-server”,這樣，ZygoteInit 就會運行在虛擬機上（Dalvik VM）上了。
-
ZygoteInit 函數有兩項重要工作
-
預裝載各種系統類
-
搭建 SystemServer 環境，並啟動 SystemServer（大部分的 Android 系統服務都在其中，由 Java 編寫）
-
ZygoteInit 流程總結
（
摘自：Gityuan -- Android 系統啟動-Zygote 篇
）
- 解析init.zygote.rc中的參數，創建AppRuntime並調用AppRuntime.start()方法；
- 調用AndroidRuntime的startVM()方法創建虛擬機，再調用startReg()註冊JNI函數；
- 通過JNI方式調用ZygoteInit.main()，第一次進入Java世界；
- registerZygoteSocket()建立socket通道，zygote作為通信的服務端，用於響應客戶端請求；
- preload()預加載通用類、drawable和color資源、openGL以及共享庫以及WebView，用於提高ap啟動效率；
- zygote完畢大部分工作，接下來再通過startSystemServer()，fork得力幫手system_server進程，也是上層framework的運行載體。
- zygote功成身退，調用runSelectLoop()，隨時待命，當接收到請求創建新進程請求時立即喚醒並執行相應工作。
ZygoteInit 結束後，開機Logo就出來了。
（註意：這裏並不包括開機動畫，而是開機前 “Android” Logo 出現的那個畫面，開機動畫出現之前還需要進行各種加載，開機動畫是在“Android” Logo 出現之後才播放的）
3. SystemServer -- 大部分 Android 系統服務所在地
SystemServer 是 Android 進入 Launcher 前的最後準備，它提供了眾多的由“Java”語言編寫的系統服務。
如果 init.rc 中為 zygote 指定啟動參數 --start-system-server，那麽 ZygotyeInit 就會調用 startSystemServer 來進入 SystemServer。
- startSystemServer函數解析：
- 首先 ZygoteInit 通過 Zygote.forkSystemServer 來生成一個新的線程（fork），用於承載各種系統服務。（源碼角度：Zygote 內部由 Native 函數 Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer 來進一步實現，最終調用底層接口的 fork 接口來實際產生進程）
- 根據fork特性，子進程與父進程將獲得相同的代碼環境。pid為0為子進程，否則為父進程；如果是前者，則進一步調用 handleSystemServerProcess(parseArgs) 函數來完成最核心的工作 -- “啟動各系統服務”（源碼角度：handleSystemServerProcess 方法將 startSystemServer 中的 parsedArgs.remainingArgs 參數傳給 RuntimeInit.zygoteInit，後者又調用 nativeZygoteInit 函數）
- nativeZygoteInit 調用後，接著，三個重要的 static 函數就要被執行了：init1 - 完成本地Service(SurfaceFlinger、AudioFlinger等)啟動，完成後調用 init2、init2 - 新建一個新的帶 Looper 的線程 ServerThread來啟動 Java層各 Service
後語
上面對 Android 系統啟動做了一個簡述，意在給大家展現一個整體流程，其中每個環節涉及的知識點只是淺淺掠過，筆者也尚在學習與探索中，希望在後續再作詳細分析。
資源推薦
- Gityuan - Android 開篇
- 老羅的Android之旅
- 《深入理解 Android 內核設計思想》 由淺入深，落實到源碼層面上進行探索，知識很有深度
相關閱讀
【每日課程推薦】機器學習實戰！快速入門在線廣告業務及CTR相應知識
此文已由作者授權騰訊雲+社區發布，更多原文請點擊
搜索關註公眾號「雲加社區」，第一時間獲取技術幹貨，關註後回復1024 送你一份技術課程大禮包！
海量技術實踐經驗，盡在雲加社區！
當我們按下電源鍵，Android 究竟做了些什麽？