[Android]Android系统启动流程源码分析

2021-11-17 23:08:04


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Android系统启动流程源码分析

首先我们知道，Android是基于Linux的，当Linux内核加载完成时就会自动启动一个init的进程。
又因为我们每当我们启动一个App时，就会生成一个新的dalvik实例，并处于一个新的进程（当然一个App也可能是多进程的）。
当我们打开第一个App的时候，就会通过init进程fork出一个zygote进程。之后打开新的App的时候都会fork之前的zygote进程。

当fork一个zygote进程时，会进入com.android.internal.os.ZygoteInit的main方法进行初始化操作：

  • 预加载资源

    // ...
preloadClasses();
preloadResources();
preloadOpenGL();
preloadSharedLibraries();
preloadTextResources();
// Ask the WebViewFactory to do any initialization that must run in the zygote process,
// for memory sharing purposes.
WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
// ...

  • 从第一个zygote进程fork出SystemServer进程，这个进程提供各种ManagerService。

startSystemServer(abiList, socketName);

private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
            throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
    int pid;
    // ...
    String args[] = {
            "--setuid=1000",
            "--setgid=1000",
            "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007",
            "--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
            "--nice-name=system_server",
            "--runtime-args",
            "com.android.server.SystemServer",
        };
    /* Request to fork the system server process */
    pid = Zygote.forkSystemServer(
            parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
            parsedArgs.gids,
            parsedArgs.debugFlags,
            null,
            parsedArgs.permittedCapabilities,
            parsedArgs.effectiveCapabilities);
        // ...
}
  • Fork完SystemServer进程之后，继续接下来在handleSystemServerProcess方法中传入参数到SystemServer：
  • RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
    注意，这里传入的参数是forkSystemServer进程后剩下的参数（parsedArgs.remainingArgs），其实只剩下了com.android.server.SystemServer这个参数了。

接下来继续调用applicationInit ，传入参数：

private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
            throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    final Arguments args;
    // ...
    args = new Arguments(argv);
    // ...
}

解析成Arguments后，得到了一个startClass对象，这个startClass其实就是刚刚的那个com.android.server.SystemServer。

接下来，继续调用 invokeStaticMain

private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    Class<?> cl;
    // ...
    cl = Class.forName(className, true, classLoader);
    // ...
    m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
    // ...
    throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}

就是调用通过反射得到com.android.server.SystemServer（也就是上面的startClass）的main(argv[])方法，然后手动抛一个携带了这个main(argv[])方法的MethodAndArgsCaller异常，但是这个异常是在ZygoteInit.main()方法中被catch，然后去调用它的run()方法，当然这个run()方法中会再去通过反射调用携带的main()方法（这个绕法真是有点坑爹－－。）：

public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable {
    // ...
    public void run() {
        // ...
        mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
        // ...
    }
    // ...
}

绕了这么一大圈，终于通过MethodAndArgsCaller调用SystemServer的main()方法了，代码很简单，直接new了之后run：

new SystemServer().run();

接着，我们看SystemServer的run方法：

// ... (省略初始化当前的language、locale、country、指纹、用户等信息的初始化准备工作)
// 设置当前进程设置优先级为THREAD_PRIORITY_FOREGROUND（-2）
android.os.Process.setThreadPriority(
    android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
android.os.Process.setCanSelfBackground(false);
// 初始化主线程Looper
Looper.prepareMainLooper();
// ...
// 启动消息循环
Looper.loop()

然后调用createSystemContext()方法创建初始化system context，这个待会再展开。

创建SystemServiceManager：

mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);

使用SystemServiceManager去通过以下方法创建启动各个Service：

  1. startBootstrapServices()：
  • com.android.server.pm.Installer：提供安装、卸载App等服务
  • com.android.server.am.ActivityServiceManager：提供Activity等组件的管理的服务，这个比较复杂暂且再挖个坑。
  • com.android.server.power.PowerManagerService：电源管理的服务。
  • com.android.server.lights.LightsService：LED管理和背光显示的服务。
  • com.android.server.display.DisplayManagerService：提供显示的生命周期管理，根据物理显示设备当前的情况决定显示配置，在状态改变时发送通知给系统和应用等服务。
  • com.android.server.pm.PackageManagerService：管理所有的.apk。
  • com.android.server.pm.UserManagerService：提供用户相关服务。
  • 通过startSensorService()本地方法启动Sensor服务。
  1. startCoreServices();
  • com.android.server.BatteryService：电量服务，需要LightService。
  • com.android.server.usage.UsageStatsService：提供收集统计应用程序数据使用状态的服务。
  • com.android.server.webkit.WebViewUpdateService：私有的服务（@hide），用于WebView的更新。
  1. startOtherServices();
  • com.android.server.accounts.AccountManagerService：提供所有账号、密码、认证管理等等的服务。
  • com.android.server.content.ContentService：用户数据同步的服务。
  • com.android.server.VibratorService：震动服务。
  • IAlarmManager：提醒服务。
  • android.os.storage.IMountService：存储管理服务。
  • com.android.server.NetworkManagementService：系统网络连接管理服务。
  • com.android.server.net.NetworkStatsService：收集统计详细的网络数据服务。
  • com.android.server.net.NetworkPolicyManagerService：提供低网络策略规则管理服务。
  • com.android.server.ConnectivityService：提供数据连接服务。
  • com.android.server.NetworkScoreService：android.net.NetworkScoreManager的备份服务。
  • com.android.server.NsdService：网络发现服务（Network Service Discovery Service）。
  • com.android.server.wm.WindowManagerService：窗口管理服务。
  • com.android.server.usb.UsbService：USB服务。
  • com.android.server.SerialService：串口服务。
  • com.android.server.NetworkTimeUpdateService：网络时间同步服务。
  • com.android.server.CommonTimeManagementService：管理本地常见的时间配置的服务，当网络配置变化时会重新配置本地服务。
  • com.android.server.input.InputManagerService：事件传递分发服务。
  • com.android.server.TelephonyRegistry：提供电话注册管理的服务。
  • com.android.server.ConsumerIrService：远程控制服务。
  • com.android.server.audio.AudioService：音量、铃声、声道等管理服务。
  • com.android.server.MmsServiceBroker：MmsService的代理，因为MmsService运行在电话进程中，可能随时crash，它会通过一个connection与MmsService建立一个桥梁，MmsService实现了公开的SMS/MMS的API。
  • TelecomLoaderService
  • CameraService
  • AlarmManagerService
  • BluetoothService
  • 还有其它很多很多Service，这方法竟然有近1000行……

在startOtherServices()方法的最后：

mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 下面仍然是各种Service的启动...
    }
}

调用这个方法用来告诉ActivityManagerService，此时可以运行第三方的代码了（注意：这里的Home界面、Launcher等内置的App也算是第三方的App）。

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
    // ...
    if (mSystemReady) {
        // 回调到SystemServer，继续启动各种Service
        if (goingCallback != null) {
            goingCallback.run();
        }
        return;
    }
    // ...

    ResolveInfo ri = mContext.getPackageManager().resolveActivity(new Intent(Intent.ACTION_FACTORY_TEST), STOCK_PM_FLAGS);
    // ...
    ActivityInfo ai = ri.activityInfo;
    ApplicationInfo app = ai.applicationInfo;
    // ...从PackageManager中获取要打开的HomeActivity
    mTopComponent = new ComponentName(app.packageName, ai.name);
    // ...
    // 启动第一个Home界面
    startHomeActivityLocked(mCurrentUserId, "systemReady");

    // ...
    // 广播通知启动完成
    broadcastIntentLocked(/*...*/, mCurrentUserId);
    broadcastIntentLocked(/*...*/, UserHandle.USER_ALL);
    // ...
}

启动Home界面的startHomeActivityLocked方法，调用mStackSupervisor启动HomeActivity：

boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) {
    // ...
    Intent intent = getHomeIntent();
    // ...
    intent.setFlags(intent.getFlags() | Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
    mStackSupervisor.startHomeActivity(intent, aInfo, reason);
    // ...
}

Intent getHomeIntent() {
    Intent intent = new Intent(mTopAction, mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);
    // 设置前面获取到的mTopComponent
    intent.setComponent(mTopComponent);
    // ...
    intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);
    // ...
}

到此为止，SystemServer start完毕，并且启动了Home界面。



然后我们再回过头去看看在我们前面创建系统级的Context（createSystemContext）的时候做了什么：

ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
mSystemContext.setTheme(android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar);

首先调用了ActivityThread的静态方法systemMain()：

public static ActivityThread systemMain() {
    // ...
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(true);
    return thread;
}

创建一个ActivityThread，然后调用它的attach()方法：

thread.attach(true);

private void attach(boolean system) {
    if (!system) {
        // ...
    }else{
        // ...
        mInstrumentation = new Instrumentation();
        ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(this, getSystemContext().mPackageInfo);
        mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);
        mInitialApplication.onCreate();
        // ...
    }
}

参数system表示，是否是系统级的线程，现在我们是启动整个Android系统，显然当前传入的参数为true。所以进入else，首先，创建一个Instrumentation，Instrumentation是什么？暂时先挖个坑。接着通过System Context创建一个ContextImpl，然后使用它的LoadedApk::makeApplication方法来创建整个应用的Application对象，然后调用Application的onCreate方法。

然后看下LoadedApk::makeApplication方法的实现：

public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,
            Instrumentation instrumentation) {
    // 只有第一次调用makeApplication才会往下执行
    if (mApplication != null) {
        return mApplication;
    }
    // 初始化系统的Application，所以appClass是"android.app.Application"
    String appClass = mApplicationInfo.className;
    if (forceDefaultAppClass || (appClass == null)) {
        appClass = "android.app.Application";
    }
    // ...
    ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread, this);
    app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
            cl, appClass, appContext);
    appContext.setOuterContext(app);
    // ...  
}

创建appContext，然后通过Instrumentation生成Application对象，并给appContext设置外部引用。

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