详解Android Framework启动流程教程

作者:课课家教育更新于： 2019-04-16 10:31:03

　   framwork就是类库，不包括开发工具。它是一个语言开发软件，提供了软件开发的框架，使开发更具工程性、简便性和稳定性。

　　Android手机系统本质上是一个基于Linux的应用程序，它以Linux系统为内核。系统的启动过程包括Linux内核启动和Android框架启动两个阶段，本文主要介绍Android 框架(Framework)启动阶段。

　　一、Linux内核启动

　　1、装载引导程序bootloader

　　Linux内核启动时首先装载执行bootloader引导程序，装载完成后进入内核程序。

　　2、加载Linux内核

　　Linux内核加载主要包括初始化kernel核心(内存初始化，打开中断，初始化进程表等)、初始化驱动、启动内核后台(daemons)线程、安装根(root)文件系统等。

　　Linux加载的最后阶段启动执行第一个用户级进程init(内核引导参数上一般都会设置“init=/init”，由kernel自动执行，PID为1，是所有进程的父进程)。由此进入Android框架的启动阶段。

　　二、Android框架启动

　　Android框架的启动始于init进程，这个阶段也是本文要重点讲解的。启动过程可以分为以下几个主要的阶段：

　　1、init进程启动

　　2、init.rc脚本启动

　　3、zygote服务启动

　　4、System Server进程启动

　　5、Home应用启动

　　下图示出了Android Framework框架的启动流程：

　　注：图片来源与网络

　　1、init进程启动

　　init进程是Android系统的入口，它会以后台进程(daemon)的形式一直存在。该进程的程序源码在目录system/core/init中，入口函数是init.c:main()。主要有如下功能：

　　1)创建/安装设备文件/进程文件/系统文件节点;

　　2)解析init.rc和init.hardware.rc;

　　3)启动脚本中指定的服务，执行指定的命令或动作;

　　4)作为守护进程循环检查是否有action需要执行、是否需要重启某服务等。

　　详细代码可以参考init.c中入口函数main的实现。

　　2、init.rc脚本启动

　　init.rc文件是Android系统的重要配置文件，位于/system/core/rootdir/目录中。主要功能是定义了系统启动时需要执行的一系列action及service：执行特定动作、设置环境变量和属性和执行特定的service。该脚本在init进程的init.c:main函数中解析并启动。代码如下：

　　需要重点说明的是init.rc脚本文件配置了一些重要的服务，init进程通过创建子进程启动这些服务，这里创建的service都属于native服务，运行在Linux空间，通过socket向上层提供特定的服务，并以守护进程的方式运行在后台。脚本中服务的定义示例如下：

　　通过init.rc脚本系统启动了以下几个重要的服务：

　　1)servicemanager:启动binder IPC，管理所有的Android系统服务

　　2)mountd:设备安装Daemon，负责设备安装及状态通知

　　3)debuggerd:启动debug system，处理调试进程的请求

　　4)rild:启动radio interface layer daemon服务，处理电话相关的事件和请求

　　5)mediaserver:启动AudioFlinger,MediaPlayerService and CameraService，负责多媒体播放相关的功能，包括音视频解码、显示输出

　　6)zygote:进程孵化器，启动Android java VMRuntime和启动systemserver，负责Android应用进程的孵化工作

　　3、zygote服务启动

　　zygote进程孵化了所有的Android应用进程，是Android Framework的基础，该进程的启动也标志着Framework框架初始化启动的开始。zygote服务进程的主要功能：

　　1)注册底层功能的JNI函数到虚拟机

　　2)预加载java类和资源

　　3)fork并启动System Server核心进程

　　4)作为守护进程监听处理“孵化新进程”的请求

　　如上面所述，zygote是通过init脚本启动的：

　　上面脚本的含义为作为孵化进程(-Xzygote参数)，通过system/bin/app_process启动zygote服务，同时启动SystemServer(--start-system-server参数)进程。该服务对应的可执行文件app_process的源码位于frameworks/base/cmds/app_process。

　　zygote服务在函数app_main.cpp:main()中启动。该函数的关键代码有两处：

　　1)创建AndroidRuntime对象：

　　AppRuntime runtime; // android运行空间

　　2)启动zygote和systemserver：

　　方法start()代码位于frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp中，主要逻辑如下：

　　---调用startVM创建虚拟机：内部使用以下代码创建vm对象：

　　---注册底层功能的JNI函数到JNIEnv: startReg()

　　---调用env->GetStaticMethodID和env->CallStaticVoidMethod()函数运行Java类ZygoteInit的main()

　　虚拟机启动后执行的第一个Java类是ZygoteInit.java，并进入ZygoteInit.java:main()函数中。在main函数中实现了以下逻辑：

　　1)启动服务端Socket端口：

　　调用registerZygoteSocket()实现，主要用于接受处理创建新进程的请求。

　　2)预加载指定的java类和资源：

　　调用preloadClasses()预加载指定的java类，调用preloadResources()预加载指定的Resources。特别说明的是孵化器进程会把这些预先加载的类和资源共享给所有APK应用进程，这样有效的解决了Framework类和资源共享的问题。

　　3)启动System Server进程：

　　调用startSystemServer()创建(fork)SystemServer进程。该函数的关键代码有三处：

　　---设定启动进程的相关信息：比如进程名称、启动后装载的第一个java类

　　---调用forkSystemServer()从当前的zygote进程孵化出新的进程

　　---调用函数hanldeSystemServerProcess()关闭从Zygote进程继承过来的Socket，调用RuntimeInit.zygoteInit()启动SystemServer.java:main()函数

　　4)循环监听孵化新Dalvik进程的请求：

　　调用runSelectLoopMode()进入无限循环：监听客户端socket连接，根据请求孵化新的应用进程。Process类中保存了客户端socket，并由ActivityManagerService管理该客户端。每当需要启动新的Dalvik应用进程时，ActivityManagerService都会通过该socket客户端与Zygote进程的socket服务端进行通信，请求Zygote孵化出新的进程。

　　至此,启动zygote服务工作完成，需要说明的是zygote进程即为app_process可执行程序所在进程。

　　4、System Server进程启动

　　SystemServer进程在Android的运行环境中扮演了“神经中枢”的作用，Android应用能够直接交互的大部分系统服务都在该进程中运行，如WindowManagerServer、ActivityManagerSystemService、PackageManagerServer等，这些系统服务都是以独立线程的方式存在于SystemServer进程中。

     System Server进程的主要功能：

　　1)加载android servers底层函数库

　　2)启动android系统中的native服务

　　3)创建、注册并启动Android的系统服务，在独立线程中运行

　　4)创建Looper消息循环，处理System Server进程中的事件消息

　　在zygote进程中调用函数startSystemServer()创建和启动Server进程，进程首先执行的函数是SystemServer.java:main()。

      该函数函数实现的主要逻辑为：

　　1)加载android_servers函数库

　　2)启动native服务：

　　调用本地函数init1()实现，该函数的源码位于文件frameworks/base/services/jni/com_android_server_systemService.cpp中，涉及的函数system_init()实现在文件frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp中。

　　3)启动Android系统的各种系统服务：

　　调用函数init2()实现，该函数首先创建了一个ServerThread对象，该对象是一个线程，然后直接运行该线程，如以下代码所示：

　　从ServerThread的run()方法内部开始真正启动各种服务线程。

　　---创建Android系统服务对象,并注册到ServiceManager

　　---在SystemServer进程中建立Looper消息循环：通过Looper.prepare和Looper.loop来实现

　　---系统就绪通知：调用systemReady()通知各个服务

　　System Server进程启动过程中最核心的一步是“启动Android系统的各种系统服务”，这些系统服务构成了整个Android框架的基础(如图所示)，通过Binder IPC为上层应用提供各种功能。介绍下几个重要系统服务的功能。

　　1)ActivityManagerService

　　Activity管理服务，主要功能包括：

　　---统一管理和调度各应用程序的Activity，维护系统中运行的所有应用Task和Activity

　　---内存管理：应用程序关闭时对应进程还在运行，当系统内存不足时根据策略kill掉优先级较低进程

　　---进程管理：维护和管理系统中运行的所有进程，并提供了查询进程信息的API

　　---Provider、Service和Broadcast管理和调度

　　2)WindowManagerService

　　窗口管理服务，主要功能包括为应用程序分配窗口，并管理这些窗口。包括分配窗口的大小、调节各窗口的叠放次序、隐藏或者显示窗口，程序退出时删除窗口。

　　3)PackageManagerService

　　程序包管理服务，主要功能为：

　　---根据intent查找匹配的Activity、Provider以及Service

　　---进行权限检查，即当应用程序调用某个需要一定权限的函数时，系统能够判断调用者是否具备该权限

　　---提供安装、删除应用程序的API

　　4)NotificationManagerService

　　通知管理服务，负责管理和通知后台事件的发生等，这个和statusbar服务结合在一起，一般会在statusbar上添加响应图标。用户可以通过这知道系统后台发生了什么事情。

　　5)AudioService

　　音频管理服务，AudioFlinger的上层管理封装，主要是音量、音效、声道及铃声等的管理。

　　6)TelephonyRegistry

　　电话服务管理，用于监听和上报电话状态，包括来电、通话、信号变化等。

　　到这里，Android Framework的启动已经完成，框架中提供的各种服务也已经就绪，可以正常运行并响应处理应用的各种操作请求。

　　启动完成后需要启动home应用进入手机主界面，这是下面第5节讲解的。

　　5、Home应用启动

　　在ServerThread:run()函数的最后调用了ActivityManagerService.self().systemReady方法，该方法实现了如下代码用于启动第一个Activity：

　　mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);

　　由于系统刚启动时没有任何Activity对象，代码会调用ActivityManagerService:startHomeActivityLocked函数启动Home应用：

     本文主要从两大部分来分析Android Framework启动流程，一是简单分析Linux内核启动，二是详细分析了Android框架启动。