Android系统启动流程
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1. 概念
1.1 loader层
- 当电源按下，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM）开始执行
- 加载引导程序到RAM，然后执行引导程序。
引导程序是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，是运行的第一个程序。因此，它是针对特定的主板与芯片的，可以使用redboot、uboot、qibootloader或者开发自己的引导程序。它不是Android操作系统的一部分，引导程序是OEM厂商或者运营商加锁和限制的地方。
分两个阶段执行：
- 检测外部的RAM以及加载对第二阶段有用的程序；
- 引导程序设置网络、内存等。为了达到特殊的目标，引导程序可以根据配置参数或者输入数据设置内核。
1.2 kernel
即Android内核层。
这里一般指开机刚结束进入Android系统，Kernel层的启动流程如下：
- 启动swapper进程（pid=0），这是系统初始化过程kernel创建的第一个进程，用于初始化进程管理、内存管理、加载Display、Camera、Binder等驱动相关工作；
- 启动kthreadd进程，这是Linux系统的内核进程，会创建内核工作线程kworkder、软中断线程ksoftirqd和thermal等内核守护进程，kthreadd是所有内核进程的鼻祖。
1.3 native层
主要包括有init进程孵化的用户空间的守护进程、bootanim开机动画和hal层等。
init进程：
- Linux系统的守护进程，是所有用户空间进程的鼻祖。
- Linux系统中用户空间的第一个进程，进程号固定为1。
- init进程会孵化出ueventd、logd、healthd、installd、adbd等用户守护进程
- 启动ServiceManager（Binder服务管家）、bootanim（开机动画）等重要服务
- init进程通过解析init.rc文件后fork生成zygote进程。Zygote进程是Android系统的第一个Java进程（虚拟机进程），zygote进程是所有Java进程的父进程。
1.4 framework层
1.4.1 Zygote
init进程通过解析init.rc文件后fork生成zygote进程。
Zygote进程主要包含：
- 加载ZygoteInit类、注册Zygote Socket服务端套接字；
- 加载虚拟机；
- PreloadClasses；
- PreloadResources
- fork出System Server进程，System Server是Zygote孵化的第一个进程，负责启动和管理整个Java framework，包含ActivityManager、PowerManager等服务；
1.4.2 Media Server
Media Server进程负责启动和管理整个C++ framework，包含AudioFlinger、Camera Service等服务。
1.5 APP
- Zygote进程孵化出的第一个App进程是Launcher，这是用户看到的桌面App。
- Zygote进程还会创建Browser、Phone、Email等App进程，每个App至少运行在一个进程上。
- 所有的App进程都是由Zygote进程fork生成的。
2. Android系统启动流程
2.1 硬件上电
这个阶段通常是由硬件本身的引导程序来完成的。这个引导程序通常是写死在芯片中（ROM），不依赖于操作系统。
作用：
- 自检： 电源通电后，控制权首先交给BIOS（或UEFI）固件。BIOS/UEFI负责进行自检（POST，Power-On Self-Test），确保各个硬件（CPU、内存、存储等）处于正常状态。如果自检发现问题，系统可能会发出蜂鸣声或在屏幕上显示错误信息。
- 启动2.2 Boot ROM硬件初始化
2.2 Boot ROM硬件初始化[[uboot启动流程]]
在 POST 通过后，设备将进入到引导程序（bootloader）之前的准备阶段。
硬件中固化的一段代码，通常储存在ROM中。提供一个最基本的启动环境，它负责启动整个设备，但它本身并不负责操作系统的具体启动。
作用：
- 初始化硬件：一些基础硬件（如CPU、内存控制器、I/O 等）的初始化。
- 寻找2.3 引导程序Bootloader：ROM代码会寻找合适的引导程序位置（比如从eMMC、UFS、SD卡、网络等设备加载）。如果存在多重引导程序，它会决定哪个引导程序应该被加载。
2.3 引导程序Bootloader
android系统启动的第一个小程序，储存在ROM中。设备上电，CPU开始执行ROM中的bootloader代码。
流程：
- 阶段一（汇编代码，裸机环境） ：
- 设置 CPU 的「异常处理机制」（比如断电、按键中断时如何响应）。
- 给 CPU 「超频」或「降频」，设置合适的运行频率。
- 初始化内存控制器，让 CPU 能正确读写内存。
- 阶段二（C 语言代码，初步软件环境） ：
- 激活闪存（Flash），让系统能读取存储的数据。
- 加载 Android 内核（Kernel）和「根文件系统」（包含系统核心文件）到内存。
- 给内核准备启动参数（如内存大小、硬件型号），然后唤醒内核开始运行。
常见工具：安卓设备中常用的 U-Boot 就是一种功能强大的 Bootloader，支持多种芯片架构。
2.4 kernel内核
- 阶段一（汇编代码） ：
- 检查内核是否支持当前硬件（如高通芯片用高通的驱动，联发科用联发科的）。
- 从「汇编语言环境」切换到「C 语言环境」，为后续代码铺路。
- 创建 0 号进程（swapper），这是内核的「祖宗进程」，负责后续核心模块初始化。
- 阶段二（C 语言代码，0 号进程主导）：
- 启动 内存管理（分配应用内存）、进程管理（调度 App 运行）、文件系统（读写存储）等核心模块。
- 加载各类硬件驱动（如屏幕、WiFi、摄像头），让硬件能被系统识别。
- 找到并启动 init 进程（用户空间的第一个进程，进程号 1），至此内核任务基本完成，系统进入用户空间。
内核就像「管家」，管理硬件资源，为上层应用提供运行基础，但不直接和用户交互。
2.5 init进程
内核会启动第一个用户空间进程 init（PID=1）。它是所有其他用户进程的父进程。
- 挂载虚拟文件系统：
- 创建并挂载
/sys（硬件信息）、/dev（设备驱动）、/proc（进程信息）等系统目录，方便后续程序读取硬件和进程数据。
- 创建并挂载
- 启动基础服务：
- 开启 property 服务（存储系统属性，如屏幕亮度、语言设置）。
- 激活 SELinux（安全机制，防止恶意程序越权访问）。
- 解析执行 init.rc 文件：
通过init.rc脚本定义的规则，启动一系列守护进程（后台服务）。Android有多个init.rc文件，主要有init.rc和特定于设备的init.xxx.rc文件。- servicemanager：管理系统服务（如打电话、发短信的服务）。
- mediaserver：处理音频、视频播放。
- zygote：最重要的进程之一，负责「孵化」应用进程。
2.6 zygote进程
负责启动所有的Android应用程序，为每个应用程序创建新的进程。
- 初始化 Java 环境：
- 加载 Android Runtime（ART） （Java 虚拟机，负责运行 Java/Kotlin 代码）。
- 执行
ZygoteInit类的main函数，进入 Java 代码逻辑。
- 预加载资源，加速应用启动：
- 在启动时提前加载 Android Framework 类库（如 Activity、TextView 等基础组件）和 系统资源（图片、字体、颜色值）到内存。
- 当需要启动 App 时，Zygote 直接复制自己（fork 进程），子进程会共享这些预加载的资源，避免重复加载，让 App 启动更快。
- 启动 SystemServer 和监听请求：
- 先启动 2.7 SystemServer进程（系统服务的「大管家」）。
- 开启一个 Socket 服务，监听应用启动请求。当收到请求时，立即 fork 出新的进程（即 App 进程）。
2.7 SystemServer进程
负责启动和管理Android系统的关键服务。
- 启动核心服务：如 ActivityManagerService（负责管理应用程序的生命周期）、WindowManagerService（负责屏幕显示和窗口布局）、PackageManagerService（负责应用的安装、卸载、权限校验）、其他服务（电池管理、网络管理、通知服务等）。
- 启动服务的管理：一旦这些服务启动，Android系统就进入了常规的服务管理阶段，开始响应用户的输入、展示界面等。
2.8 启动桌面程序
当所有系统服务都已启动并正常运行后，用户将看到桌面界面（Launcher应用），并能够启动其他应用。
- 启动Launcher：Launcher应用会显示设备的主屏幕，并管理应用的启动。
- 应用启动：当用户点击一个应用时，ActivityManager会处理启动请求，并根据需要创建一个新的进程来运行应用。
浙公网安备 33010602011771号