Android从开机到打开第一个应用发生了什么？

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序言

昨日阿里二面，跪的很惨，项目，算法，计算机基础不问，问Linux内核，我是投的android实习岗，要求是对于android底层有很深厚的基础，问了binder的实现机制，activity栈的管理回退等等，这都是android高级工程师进阶的书里才会讲的东西，这让我很慌呀。啃底层，再战。
讲底层，先从系统启动流程开始，这个过程发生了什么，然后逐步分析这个每个流程又做了些什么，在我们的系统中起到一个什么作用。不打算深入代码细节去看，当然能力也是不够的，从整体上有个森林。

启动过程

先对启动的过程来一个概览，因为android是基于Linux，所以这里从Linux内核的启动开始到android中的相应服务的启动，对于具体应用的开启下面讲。

根据这个图，讲一下整个流程。

1. 当我们开机的时候，此时通电了，此时会产生一个确定的复位时序，保证CPU是第一个被复位的器件，然后CPU开始执行第一条指令，该指令是位于固定的内存地址上的，所谓的引导程序。

2. BIOS从我们的磁盘中寻找我们操作系统引导程序，将引导程序加载到内存中，执行，然后将我们的Linux内核加载到内存中。

3. 启动init进程，这个进程是用户态所有进程的祖先，内核态是叫做内核线程和用户进程差不多。()

4. init进程首先通过fork创建子进程，首先是Daemon进程也就是守护进程，包括USB守护进程，Debug进程，无线通信连接守护进程。

5. fork出Context Manager，通过上图我们可以看出，android系统提供的服务都要向其进行注册，然后其它的进程才可以调用这个服务。

6. Media Server，这个服务是本地服务，不是Java服务，不需要再通过dalvik虚拟机装载执行，本地服务单独开启了一个进程。这里包括Audio Flinger和Camera Service。

7. Zygote，所有Android应用程序的祖先，其用来缩短应用程序的加载时间，具体怎么节省，下面详解。

8. System Server是android系统中的一个核心进程，提供了管理应用程序生命周期，地理位置信息等各种服务。同时其需要将自身注册到Context Manager.但是我们的服务管理器是基于C语言的，所以我们需要JNI本地编程接口。这个时候Activity Manager Service会运行HOME应用。

大致我们已经了解了启动的流程Linux内核，init进程fork出多个进程，zygote用来孵化Java系统服务，同时孵化应用程序。接下来，我们再深入的去看一下。init进程做了什么？zygote是如何被创建出来的。

init进程

init进程是第一个启动的用户进程，其它用户进程都是其子进程，或者其子进程的子进程，，

init进程作用

• 子进程终止处理。

• 应用程序访问设备驱动时，生成设备结点文件。

• 提供属性服务，保存系统运行所需要的环境变量。

init运行

init进程会先注册一些消息处理器，然后是创建并挂载启动所需要的文件目录（socket文件，虚拟内存文件），在dev目录下生成设备节点文件，然后将标准输入，输出，错误输出重定向到这里。创建设备节点文件，创建输出log的文件，同时将错误信息重定向到这里，init进程生成输出设备之后，开始解析init.rc脚本文件，记录init进程执行的功能,init.rc用于通用的环境变量和进程相关的定义，通过函数 iparse_config_file来读取其脚本，读取分析之后，生成服务列表和动作列表。服务列表和动作列表会注册到service_list和action_list中，其为在init进程中声明的全局结构体，调用device_init函数，生成静态设别结点文件，之后，全局属性值的生成在init进程中propertyinit函数中进行初始化，在共享内存区域，创建并初始化属性值，对于全局属性的修改，只有init进程可以修改，当要修改的时候，需要预先向其提交申请，然后init进程通过之后，才会去修改属性值，提交申请的过程会创建一个socket用来接收提交的申请。执行到这系统将Android系统的Logo显示在桌面上。这个时候设置事件处理循环的监视事件，注册在POLL中的文件描述符会在poll函数中等待事件，事件发生，则从poll函数中跳出并处理事件。各种文件描述符都会前来注册。

init.rc文件的处理过程

init.rc文件分析函数，通过read_file函数，parse_config函数，用来分析读入的字符串。AIL ，Android Init Language编写。
init.rc文件大致上分为两个部分，一部分是以“on”关键字开头的动作列表，另一部分是以”service”关键字开头的服务服务列表。
动作列表：主要设置环境变量，生成系统运行所需的文件或目录，修改相应的权限，并挂载和系统运行相关的目录。在挂载文件的时候，主要挂载/system和/data两个目录，两个目录挂载完毕，android根文件系统准备好了。根文件系统大致可分为shell使用程序，system目录（提供库和基础应用），data目录（保存用户应用和数据）,Android采用闪存设备，其采用了yaffs2文件系统，启动的时候要挂载到/system和/data目录下，然后是on boot段落，该部分设置应用程序终止条件，应用程序驱动目录和文件权限。为各应用制定OOM调整至，OOM用来监视内核分配给应用程序的内存，当内存不足的时候，应用程序会被终止执行。
服务列表：init.rc脚本文件，service段落用来记录init进程启动的进程，由init进程启动的子进程或者是一次性程序，系统相关的Daemon进程

创建设别节点文件：

和Linux相同，应用程序通过驱动程序访问硬件设备，设备节点文件是设备驱动的逻辑文件，应用程序通过设备节点文件来访问设备驱动程序。

设备节点的两种创建方式，一种，根据预先定义的设备信息，创建设备节点文件，第二种，在系统运行中，当设备插入时，init进程会接收这一事件，为插入设备动态创建设备节点文件。

当设备插入的时候内核会加载相应的驱动程序，而后驱动程序会调用启动函数probe，将主，次设备号类型保存到/sys文件系统中。然后发出uevent，并传递给守护进程，vevent，是内核向用户控件进程传递信息的信号系统，内核通过uevent将信息传递到用户空间，守护进程会根据uevent读取设备信息，创建设备节点文件。对于一些设备，采用冷插拔的方式，监听设备的uevent，然后调用其函数，创建设备节点文件。

何为设备节点文件

Linux对于系统中的设备都会抽象成一个文件，内核为了高效的管理已经被打开的文件，通过一个文件描述符来表示，在Linux中Everything is file，通过这种方式，对于启动的时候，对于文件描述符，0代表标注输入，1表示标准输出，2是错误处理，然后设备文件，socket文件都会获得一个文件描述符来表述它。但是Linux会对其做相应的限制，同时可能会对一些进程进行限制，限制给进程分配多少个文件描述符。

Zygote创建过程

对于Service的创建，在后面讲到Service的时候单独再说，先讲Zygote，因为这是我们的所有应用开启的基石。因为zygote是Java代码，所以需要装载到Dalvik VM上执行，所以在启动Zygote之前要启动Dalvik VM，所以这里要分为两步了，第一步启动Dalvik VM，第二步是启动Zygote。

1. 首先生成了一个AppRuntime对象，该类是继承自AndroidRuntime的，该类用来初始化并且运行Dalvik 虚拟机，为运行Android应用做好准备。接受main函数传递进来的参数，然后初始化虚拟机。

2. 虚拟机初始化之后，运行ZygoteInit类，通过路径查找找到，现在程序的执行转向了虚拟机Java代码的执行，首先执行器main函数，接下来就是Zygote的作用过程了，在下面部分。

Zygote启动应用过程

1. Zygote执行之后，首先是绑定一个套接字，用来接收从Activity Manager来的应用启动请求（这里我们可以想到网络通讯中的Socket通信）

2. 将应用程序框架中的类，平台资源（图像，XML信息，字符串）预先加载到内存中，借此提升程序的执行速度。Android也是通过在Zygote创建的时候加载资源，生成信息链接等，以后再有应用启动，fork出一个子进程和父进程共享这些信息，而不需要重新加载，同时也共享虚拟机，因为虚拟机在初始化和创建的过程是很耗时的。

3. 前面也提到过一些system server也是java的，而且我们的应用启动等需要这些server的参与，所以在启动应用之前先启动了这些System server，然后启动Server Thread来执行android framework的服务，同时这些服务在启动的时候都是需要通过JNI向服务管理器Context Manager注册。
   经历了上述步骤的zygote处在轮询监听Socket，当有请求到达，读取请求，fork出子进程，加载进程所需要的类，然后执行要执行程序的main函数，代码转给了Dalvik Vm，我们的应用程序也就启动起来了。这个时候，将关闭套接字，删除请求描述符，防止出现重复启动。

上面只是对整体流程进行了一个概述，细节涉及不深，这里再提一下，虚拟机，究竟是什么呢？这里的虚拟机可以理解成，可以解析Java字节码的内存上的一条条指令，各个应用共享这个虚拟机，也就是都是知道虚拟机的内存中地址，传递进java字节码，然后解析字节码，将字节码实际代表的操作反应出来，多个应用程序可以交替使用，通过寄存器记录彼此执行后的状态。fork出一个进程之后，我们装载应用程序相应的类，然后执行。