Android安全/開發基礎--9--Android系統的啟動過程分析
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整個Android系統的啟動分為Linux核心的啟動和Android系統的啟動。
Android系統的啟動流程圖中部分名詞簡介：
Boot loader：載入程式。是在作業系統核心執行之前執行的一段小程式。它可以初始化硬體裝置、建立記憶體空間的對映圖，為最終呼叫作業系統核心準備好正確的環境。
HomeScreen：Android系統主螢幕/待機介面。
9-1、載入程式
加電後，CPU先執行bootloader載入程式，正常啟動系統，載入boot.img到RAM，然後執行，boot.img中包含核心。
載入程式分兩個階段執行。第一個階段，檢測外部的RAM以及載入對第二階段有用的程式，第二階段，載入程式設定網路、記憶體等等。
Android載入程式目錄(舊系統版本)：\bootable\bootloader\legacy\usbloader
9-2、Linux核心
由bootloader載入kernel，kernel經自解壓、初始化、載入built-in驅動程式，完成啟動。Kernel啟動後會建立若干核心執行緒(kernel thread)，之後裝入並執行程式/sbin/init/，載入init process，切換至user-space。
9-3、init程序
Init程序是一個由核心啟動的使用者級程序，它的程序號是1。核心自行啟動(已經被載入記憶體，開始執行，並已初始化所有的裝置驅動程式和資料結構等)之後，就通過啟動一個使用者級程式init的方式，完成引導程序。init始終是第一個程序，可以稱它為root程序或者所有程序的父程序。
相關目錄：
init程序目錄：/system/core/init/*
init.rc檔案目錄：/system/core/rootdir/init.rc
readme.txt目錄：/system/core/init/readme.txt
init程序的職責：
1、掛載目錄，比如/sys、/dev、 /proc
2、初始化屬性，提供property service(屬性服務)管理Android系統中的屬性
3、處理配置檔案命令(主要是init.rc指令碼檔案)
4、效能分析和執行其它程序
init程序的入口在system/core/init/init.cpp中，主要做了這些工作：
1、啟動準備：該階段包括建立檔案系統的基本目錄、開啟基本輸入、輸出裝置，初始化日誌功能等。
2、解析init.rc檔案：
3、觸發需要執行的action：Action需要在Triggers(觸發條件)中呼叫，本階段對需要執行的Action進行觸發，並根據觸發條件將需要執行的Action放入Action佇列。
4、執行在action佇列中的命令：對上一階段觸發的Action及Service進行執行，並在此過程中，派生了Zygote和ServiceManager兩個非常重要的程序
5、迴圈處理事件：init程序進入無限迴圈，處理裝置插入/拔出，服務屬性狀態變化和signal事件等。
對於init.rc檔案，是Android自己規定的初始化指令碼(Android Init Language, system/core/init/readme.txt)，它有特定的格式以及規則。也叫做Android初始化語言。
Android初始化語言由四大型別的宣告組成，即Actions(動作)、Commands(命令)、Services(服務)、以及Options(選項)。
Action(動作)：動作是以命令流程命名的，有一個觸發器決定動作是否發生。
Service(服務)：服務是init程序啟動的程式、當服務退出時init程序會視情況重啟服務。
Options(選項)：選項是對服務的描述。它們影響init程序如何以及何時啟動服務。
9-4、Services
service：用於通知init程序建立一個名為Zygote的程序，這個Zygote程序要執行的程式是/system/bin/app_process，後面是要傳給app_process的引數。
在init程序中，可以使用如下方式啟動Service：
1、在action下面新增和啟動服務相關的command。 2、使用函式restart_processes()和restart_service_if_needed()重啟Service，該函式位於init的主執行緒迴圈中，功能是檢視是否有需要重新啟動的service。 3、在檔案/system/core/init/property_service.c中，使用函式handle_property_set_f()向Socket中名稱為property_service的屬性服務傳送控制的資訊，這樣就可以進入到該函式中。 4、使用函式handle_keychord()啟動，該函式和chorded keyboard有關，功能是處理註冊在Service structure上的keychord，通常是啟動Service。
9-5、Zygote/Dalvik/ART
1、Zygote程式
zygote本身是一個Native的應用程式，與驅動、核心等無關。它是由init程序根據init.rc檔案中的配置建立的。zygote最初的名字叫“app_process”，這個名字是在Android.mk檔案中指定的。在執行中，app_process通過linux下的pctrl系統呼叫將自己的名字換成了zygote。
Zygote程序的建立是真正的Android執行空間，初始化建立的Service都是Navtive service。zygote讓Dalvik虛擬機器共享程式碼、低記憶體佔用以及最小的啟動時間成為可能。Zygote是Framework大家族(如system_server)的祖先。事實上，Zygote建立了第一個Java執行環境(JVM)。
zygote程序由init通過fork而來，在init.rc中設定的啟動引數如下：
-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
2、Zygote建立Java世界的步驟
zygote程序啟動的前期工作：
1、建立AppRuntime物件，並呼叫它的start，之後的活動則由AppRuntime來控制。 2、呼叫startVm建立Java虛擬機器，然後呼叫startReg來註冊JNI函式。 3、通過JNI呼叫com.android.os.ZygoteInit類的main函式，從此進入Java世界。
ZygoteInit的main方法的工作：
4、呼叫registerZygoteSocket函式建立了一個socket介面，用來和ActivityManagerService通訊; 5、呼叫startSystemServer函式來啟動SystemServer元件，將系統的關鍵服務啟動起來; 6、呼叫runSelectLoopMode函式進入一個無限迴圈，等待AMS請求建立新的應用程式程序。
之後，zygote隨時等待它的子孫程序請求並隨時響應。。
9-6、SystemServer
SystemServer是Android中Java層的兩大支柱程序之一，另一個是專門負責孵化Java程序的Zygote。兩大程序中的任何一個崩潰都會導致Java層崩潰，Java層崩潰則Linux系統中的程序init會重新啟動SystemServer和Zygote，以重新建立Android的Java層。
在SystemServer.java中的init2函式中彙集了Android平臺的眾多Service。
在Android平臺中，共有7大類43個Service(包括Watchdog)，7大類服務如下所示：
第1大類：是Android的核心服務，如ActivityManagerService等。
第2大類：是和通訊相關的服務，如Wi-Fi相關服務、Telephone相關服務。
第3大類：是和系統功能相關的服務，如AudioService、Usb-Service等。
第4大類：是BatteryService、VibratorService等服務。
第5大類：是EntropyService、DiskStatsService、Watchdog等相對獨立的服務。
第6大類：是藍芽服務。
第7大類：是和UI緊密相關的服務，如狀態列服務、通知管理服務等。
第5大類的部分服務分析：
EntropyService：是SystemServer啟動的第一個Service，它以3小時為單位週期性載入和儲存熵池(/dev/urandom)。系統的熵越大，該系統越不穩定。
DropBoxManagerService(DBMS)：用於生成和管理系統執行時的一些日誌檔案，這些日誌檔案大多記錄的是系統或某個應用程式出錯時的資訊。
DiskStatsService：用於實現內部狀態的監控工作，DiskStatsService通常與DeviceStroageMonitorService一起實現與系統內部儲存管理和監控有關的服務。
DeviceStroageMonitorService(DSMS)：用於監測系統內部儲存空間的狀態。
SamplingProfilerService：的功能是實現效能統計工作。
SystemServer分析
SystemServer是由Zygote通過Zygote.forkSystemServer函式fork出來的。通過ps命令可知程序名為system_server。
pid = Zygote.forkSystemServer();
if(pid == 0){ //子程序返回0，即systemServer
handleSystemServerProcess(parseArgs);
}
SystemServer的呼叫流程：
1、ZygoteInit呼叫startSystemServer建立system_server程序。 2、SystemServer呼叫handleSystemServerProcess完成自己的使命。 3、handleSystemServerProcess丟擲異常，最終呼叫com.android.server.SystemServer的main函式。 4、main函式載入libandroid_server.so並呼叫native的init1函式。 5、init1函式通過JNI呼叫com.android.server.SystemServer類的init2函式。init2函式建立一個執行緒，用於載入各種service。 6、init1函式最終加入到Binder通訊系統。
9-7、Home啟動
在[email protected]後半段，系統在啟動完所有的Android服務後，使用xxx.systemReady()通知各個服務，系統已經就緒。特別是對於ActivityManagerService.systemReady(回撥)的通知，Home就是在ActivityManagerService.systemReady()通知的過程中建立的。