Android 系统启动流程简析

前言

本文着重对 Android 系统启动流程做一个简析，旨在从宏观上了解 Android 启动流程，不涉及具体代码细节。

Android 系统启动流程

当我们按下手机电源键时，Android 系统就正式踏入了启动流程。那么，在我们按下电源键时，一直到显示 Launcher 界面时，Android 系统启动经历了那些流程呢？下面我们就具体来讲下大致的一些流程：

启动电源
按下电源键时，硬件电路连通，CPU 会从只读存储器（ROM）的某个具体地址开始加载引导程序（即 Bootloader 代码）到内存（RAM），然后执行 Bootloader。
引导程序：Bootloader
引导程序并不隶属于 Android 系统，它的作用是初始化硬件设备，加载内核文件等，为 Android 系统内核启动搭建好所需的环境（可以把 Bootloader 类比成 PC 的 BIOS）。
Bootloader 引导程序是 Android 系统开机运行的第一个程序，它是针对特定的主板与芯片的（与 CPU 及电路板的配置情况有关），因此，对于不同的设备制造商，它们的引导程序都是不同的。当前比较受欢迎的引导程序有 uboot，redboot 等等。

Bootloader 的引导程序一般分两个阶段执行：

Stage 1：基本的硬件初始化，目的是为 Stage 2 的执行以及随后的 kernel 的执行准备好一些基本的硬件环境。
Stage 1通常用汇编语言编写，以达到短小精悍的目的。
Stage 2：初始化 Flash 设备，设置网络、内存等等，将 kernel 映像和根文件系统映像从 Flash 上读到 RAM 空间中，加快内核启动速度。
Stage 2 的代码通常用 C 语言来实现，以便于实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性。

综上，引导程序的最终功能就是加载内核文件到内存中，然后启动内核。

Linux 内核启动
Linux 内核开始启动，初始化各种软硬件环境，加载驱动程序，挂载根文件系统……，最重要的是，内核启动完成后，它会在系统文件中寻找 ”init” 文件，然后启动 init 进程。到此，Android 新世界正式开启。
init 进程
init 进程是 Linux 系统中用户空间的第一个进程，进程号为1，我们可以说它是 root 进程或者所有进程的父进程。
init 进程有两个责任，一是挂载目录，比如/sys、/dev、/proc，二是运行 init.rc 脚本（init 进程在解析 init.rc 脚本时，会创建 Zygote 进程）。

注：Android 系统以及各大 Linux 的发行版，他们的 Linux 内核部分启动过程都是差不多的，他们之间最大的区别就在于 init 程序的不同，因为 init 程序决定了系统在启动过程中，究竟会启动哪些守护进程和服务，以及呈现出怎样的一个用户UI界面。

因此，init 程序是分析 Android 启动过程中最核心的程序。

Zygote 进程的创建
init 进程在解析 init.rc 脚本时，会创建 Zygote 进程，只有该进程才会建立起真正的 Android 运行空间，它是 Android 系统最重要的进程之一。后续 Android 中的应用进程都是由 Zygote 进程 Fork 出来的，因此，Zygote 是 Android 系统所有应用的父进程（即 Java 进程的鼻祖）。

注：Zygote 进程的出现是为了能更快的启动应用。因为在 Android 中，每个应用都有对应一个虚拟机实例（VM）为应用分配不同的内存地址。如果 Android 系统为每一个应用启动不同的 VM 实例，就会消耗大量的内存以及时间。因此，更好的办法应当是通过创建一个虚拟机进程，由该 VM 进程预加载以及初始化核心库类，然后，由该 VM 进程 Fork 出其他虚拟机进程，这样就能达到代码共享、低内存占用以及最小的启动时间，而这个 VM 进程就是 Zygote。

SystemServer 进程的创建
Zygote 进程做完初始化工作之后，会启动 SystemServer 进程，该进程承载着 framework 的核心服务（与 Zygote 进程一样，SystemServer 进程同样是 Android 系统中最重要的进程之一）。
SystemServer 的主要的作用是启动各种系统服务，比如 ActivityManagerService，PackageManagerService，WindowManagerService 以及硬件相关的 Service 等服务，我们平时熟知的各种系统服务其实都是在 SystemServer 进程中启动的（这些服务都运行在同一进程（即 SystemServer 进程）的不同线程中），而当我们的应用需要使用各种系统服务的时候其实也是通过与 SystemServer 进程通讯获取各种服务对象的句柄进而执行相应的操作的。
系统启动完成
一旦系统服务在内存中跑起来了，Android 就完成了启动过程。在这个时候 “ACTION_BOOT_COMPLETED” 开机启动广播就会发出去。

总结

我们知道，Android 系统是基于 Linux 系统的，因此，Android 系统的启动过程大致是与 Linux 系统一致的：
Bootloader 启动 Linux 内核程序；Linux 内核程序启动完成后，就会创建 init 进程（init 进程是 Linux 系统用户空间的第一个进程，是所有进程的父进程），init 进程分裂出更多名为 "daemons(守护进程)" 的底层的 Linux 进程, 诸如 android debug deamon, USB deamon 等，这些守护进程处理底层硬件相关的接口。随后，init 进程通过 init.rc 脚本文件启动 Zygote 进程（Zygote 进程是 Android 系统所有应用的父进程）；Zygote 进程是 Android 系统中最重要的进程之一， Zygote 进程初始化了第一个 VM, 并且预加载了 framework 和众多 App 所需要的通用资源（res），然后它开启一个 Socket 来监听请求, 根据请求孵化出新的 VM 来管理新的 App 进程。一旦收到新的请求, Zygote 会基于自身预先加载的 VM 来孵化出一个新的 VM 创建一个新的进程；在 Zygote 进程启动之后，Zygote 会孵化出一个超级管理进程---SystemServer（该进程是 Android 系统中最重要的进程之一，上一个是 Zygote），SystemServer 会启动Ａndroid 系统所有的核心服务（系统服务运行在 SystemServer 进程的不同线程中）；到此，Android 系统启动完成，然后系统就会开始启动 Launcher 应用，我们就可以操作 App 了。

简单理解：
当我们按下手机电源键后，CPU 就会加载 Bootloader 引导程序；Bootloader会调起 Linux 内核程序；Linux 内核程序启动完成后，就会创建 init 进程；然后 init 进程通过 init.rc 脚本来启动 Zygote 进程；Zygote 进程又会创建 SystemServer 进程，由该进程去启动 Android 系统各种系统服务；到此，Android 系统已经启动完成。

最后，借助网上一张图来看下 Android 系统启动流程：

参考

Android启动过程深入解析
Android系统启动流程
[译]Android Application启动流程分析
嵌入式系统 Boot Loader 技术内幕
[Android6.0] 启动流程分析（从开机到第一个程序）
Android 6.0 启动过程详细解析
Android内核开发：图解Android系统的启动过程

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Android 系统启动流程

总结

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