深入浅出 - Android系统移植与平台开发(六)- 为Android启动加速

作者:唐老师,华清远见嵌入式学院讲师。

Android的启动速度一直以来是他的诟病,虽然现在Android设备的硬件速度越来越快,但是随着新 版本的出现,其启动速度一直都比较慢,当然,作为程序员,我们是可以理解的,智能手机本身就要启动很多服务来支持应用的功能,并且Android系统大部 分还是使用的Java语言编写的,必然要运行在Java虚拟机里,这也决定了它运行速度和启动速度都相对较慢。同时,Android系统为了在执行用户应 用程序时提高用户体验,还做了一些预加载机制,这也牺牲了开机启动时间。

根据Android启动过程的分析可知,我们可以进行定制加速如下:
Ø定制本地服务
Ø定制Android系统服务
Ø优化ZygoteInit的类预加载preloadClasses和资源预加载preloadResources机制
ØPackageManagerService扫描、检查APK安装包信息

下面我们依次来分析其实现步骤。

1. 定制本地服务

由第二章,第2节可知,本地服务都是由C或C++编写,它们都执行在Linux空间,在init进程的启动过程中启动了很多本地服务,如果我们的设备中没有电话模块、蓝牙模块,我们可以将这些没用的本地服务在init.rc里注释掉。

[cpp] view plaincopyprint?

1. 396 #service ril-daemon /system/bin/rild

                2. 397#        class main
                3. 398#        socket rild stream 660 root radio
                4. 399#        socket rild-debug stream 660 radio system
                5. 400#        user root
                6. 401#        group radio cache inet misc audio sdcard_rw log
                7.
                8. 435 service dbus /system/bin/dbus-daemon --system --nofork
                9. 436        class main
                10. 437 #        socket dbus stream 660 bluetooth bluetooth
                11. 438        user bluetooth
                12. 439        group bluetooth net_bt_admin
                13.
                14. 441 #service bluetoothd /system/bin/bluetoothd -n
                15. 442 #        class main
                16. 443 #        socket bluetooth stream 660 bluetooth bluetooth
                17. 444 #        socket dbus_bluetooth stream 660 bluetooth bluetooth
                18. 445        # init.rc does not yet support applying capabilities, so run as root and
                19. 446        # let bluetoothd drop uid to bluetooth with the right linux capabilities
                20. 447 #        group bluetooth net_bt_admin misc
                21. 448 #        disabled

重新编译system.img然后启动模拟器即可。

笔者做了对比,去掉上述几个本地服务与没有去掉本地服务,二者在开机时间上几乎没有减少多少,这也可以理解,因为本地服务就是几个程序,少执行和多执行几个程序对于总体开机时间没有多大影响,不过,去掉没有使用的本地服务,对整个系统性能来说,会有微不足道的提升。

如果去掉开机动画服务可以大大的提高系统的启动速度:

[cpp] view plaincopyprint?

1. 433 #service bootanim /system/bin/bootanimation
                2. 434 #        class main
                3. 435 #        user graphics
                4. 436 #        group graphics
                5. 437 #        disabled
                6. 438 #        oneshot

2. 定制Android系统服务

由Android的启动过程可知,init进程启动了app_process作为zygote,在
app_process里启动了Dalvik虚拟机,然后加载执行了第一个Java程序ZygoteInit作为Dalvik主线程,在
ZygoteInit里fork了第一个Java程序SystemServer,在SystemServer里启动了大量的Android的核心服务,通
常来说这些服务一般不要去动,如果我们的设备里没有使用过某些服务,并且将来也明确不使用,可以将其去掉。

我们先来看看SystemServer启动了哪些Android服务:

[plain] view plaincopyprint?

1. EntropyService:熵(shang)服务,用于产生随机数
                2. PowerManagerService:电源管理服务
                3. ActivityManagerService:最核心服务之一,Activity管理服务
                4. TelephonyRegistry:电话服务,电话底层通知服务
                5. PackageManagerService:程序包管理服务
                6. AccountManagerService:联系人帐户管理服务
                7. ContentService:内容提供器的服务,提供跨进程数据交换
                8. LightsService:光感应传感器服务
                9. BatteryService:电池服务,当电量不足时发广播
                10. VibratorService:震动器服务
                11. AlarmManagerService:闹钟服务
                12. WindowManagerService:窗口管理服务
                13. BluetoothService:蓝牙服务
                14. InputMethodManagerService:输入法服务,打开关闭输入法
                15. AccessibilityManagerService:辅助管理程序截获所有的用户输入,并根据这些输入给用户一些额外的反馈,起到辅助的效果,View的点击、焦点等事件分发管理服务
                16. DevicePolicyManagerService:提供一些系统级别的设置及属性
                17. StatusBarManagerService:状态栏管理服务
                18. ClipboardService:粘贴板服务
                19. NetworkManagementService:手机网络管理服务
                20. TextServicesManagerService:
                21. NetworkStatsService:手机网络状态服务
                22. NetworkPolicyManagerService:
                23. WifiP2pService:Wifi点对点直联服务
                24. WifiService:WIFI服务
                25. ConnectivityService:网络连接状态服务
                26. ThrottleService:modem节流阀控制服务
                27. MountService:磁盘加载服务,通常也mountd和vold服务结合
                28. NotificationManagerService:通知管理服务,通常和StatusBarManagerService
                29. DeviceStorageMonitorService:存储设备容量监听服务
                30. LocationManagerService:位置管理服务
                31. CountryDetectorService:检查当前用户所在的国家
                32. SearchManagerService:搜索管理服务
                33. DropBoxManagerService:系统日志文件管理服务(大部分程序错误信息)
                34. WallpaperManagerService:壁纸管理服务
                35. AudioService:AudioFlinger上层的封装的音量控制管理服务
                36. UsbService:USB Host和device管理服务
                37. UiModeManagerService:UI模式管理服务,监听车载、座机等场合下UI的变化
                38. BackupManagerService:备份服务
                39. AppWidgetService:应用桌面部件服务
                40. RecognitionManagerService:身份识别服务
                41. DiskStatsService:磁盘统计服务
                42. SamplingProfilerService:性能统计服务

                43. NetworkTimeUpdateService:网络时间更新服务

天啊,43个Android服务,
除了对原生的Android系统定制外,还可以通过引入外部技术来提升开机速度,目前有人使用Berkeley Lab
Checkpoint/Restart(BLCR)技术给系统做一个快照,类似于Vmware里用的SnapeShot和Windows里的休眠机制,它
能将当前Android环境保存在一个文件里,当下次启动的时候从该文件恢复Android运行环境,这种方式可以明显的提升启动速度,其实现过程比较复
杂。
BLCR技术细节后续再完善。。。

3. PackageManagerService

PackageManagerService是Android的包管理器,主要用来管理Android系统中的APK文件,在SystemServer里,通过ServerThread调用PackageManagerService.main()启动了包管理服务。

PackageManagerService的主要作用有:

3.1 @PackageManagerService.main()

生成一个IPackageManager接口,也就是PackageManagerService。

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1. public static final IPackageManager main(Context context, boolean factoryTest) {
                2.              PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, factoryTest);
                3.              ServiceManager.addService("package", m);
                4.              return m;
                5. }

3.2 PackageManagerService构造方法中,首先会进行一些成员变量的初始化,比如mContext, mFactoryTest, mMetrics, mSettings等。

最重要的是初始化mInstaller这个变量。Installer是一个很重要的类,所有对apk的install, uninstall,move等操作,都是通过它进行的。

[cpp] view plaincopyprint?

1. Installer installer = new Installer();
                2.              if (installer.ping() &&Process.supportsProcesses()) {
                3.                            mInstaller = installer;
                4.              } else {
                5.                            mInstaller = null;
                6.              }

3.3 建立PackageHandler消息循环,用于处理外部的apk安装请求消息,如adb install,packageinstaller安装apk时会发送消息

[cpp] view plaincopyprint?

1. mHandlerThread.start();

                2.              mHandler = new PackageHandler(mHandlerThread.getLooper());

3.4 解析/system/etc/permission下xml文件(framework/base/data/etc/),包括platform.xml和系统支持的各种硬件模块的feature。

主要工作:
(1)建立底层user ids和group ids 同上层permissions之间的映射;可以指定一个权限与几个组ID对应。当一个APK被授予这个权限时,它也同时属于这几个组。
(2)给一些底层用户分配权限,如给shell授予各种permission权限;把一个权限赋予一个UID,当进程使用这个UID运行时,就具备了这个权限。
(3) library,系统增加的一些应用需要link的扩展jar库;
(4) feature,系统每增加一个硬件,都要添加相应的feature.将解析结果放入

mSystemPermissions,mSharedLibraries,mSettings.mPermissions,mAvailableFeatures等几个集合*系统查询和权限配置使用。

3.5
检查/data/system/packages.xml是否存在,这个文件是在解析apk时由writeLP()创建的,里面记录了系统的
permissions,以及每个apk的name,codePath,flags,ts,version,uesrid等信息,这些信息主要通过apk
的AndroidManifest.xml解析获取,解析完apk后将更新信息写入这个文件并保存到flash,下次开机直接从里面读取相关信息添加到内
存相关列表中。当有apk升级,安装或删除时会更新这个文件。

3.6 检查BootClassPath,mSharedLibraries及/system/framework下的jar是否需要dexopt,需要的则通过dexopt进行优化。

3.7
启动AppDirObserver线程监测/system/framework,/system/app,/data/app,/data/app-
private目录的事件,主要监听add和remove事件。对于目录监听底层通过inotify机制实现,inotify
是一种文件系统的变化通知机制,如文件增加、删除等事件可以立刻让用户态得知,它为用户态监视文件系统的变化提供了强大的支持。

  • 当有add event时调用scanPackageLI(File , int , int)处理;
  • 当有remove event时调用removePackageLI()处理;

3.8
对于以上几个目录下的apk逐个解析,主要是解析每个apk的AndroidManifest.xml文件,处理asset/res等资源文件,建立起每
个apk的配置结构信息,并将每个apk的配置信息添加到全局列表进行管理。调用installer.install()进行安装工作,检查apk里的
dex文件是否需要再优化,如果需要优化则通过辅助工具dexopt进行优化处理;将解析出的componet添加到pkg的对应列表里;
对apk进行签名和证书校验,进行完整性验证。

3.9
将解析的每个apk的信息保存到packages.xml和packages.list文件里,packages.list记录了如下数
据:pkgName,userId,debugFlag,dataPath(包的数据路径)
其中对/system/framework,/system/app,/data/app,/data/app-private目录中的APK扫描耗费了
大量的时间,通过下面的笔者的实验结果可以看得出来。

深入浅出 - Android系统移植与平台开发(六)- 为Android启动加速

无优化时的APK总计有50个,减少APK时APK只有5个,包扫描的时间减少了4秒,Android服务启动的时间减少了近10秒,整个系统的启动时间
减少了15秒左右在减少APK的情况下,然后将开机动画关闭了,本地服务启动时间略有减少,预加载类与资源时减少了近10秒,包扫描时间减少了0.5秒左
右,Android服务启动时间减少近4秒,整个系统启动时间减少了近15秒。

由此可见,减少APK的数量关闭开机动画可以明显的提高Android的启动速度。

至于关闭其它本地服务对启动时间影响不大的原因,我的感觉是本地服务注册到Binder之后就等待框
架客户端的连接,而关闭开机动画对启动速度影响之大,通过分析bootanim可知,在开启动画时要开启一个线程,mask图片在前面作为幕
布,shine图片在后面每隔一定时间重新绘制一次,每次绘制时通过调用OPENGL的api调用2D加速来绘制图片,而我们使用的模拟器,全部操作通过
软件来模拟,所以对系统怕启动速度影响比较大。如果在具体的设备上执行对启动速度的影响应该比这要小,具体硬件设备上优化,后续会有博文推出。

4. Android系统企业级定制

在做Android产品开发的过程中,经常会有客户说:“我们不想让我们的产品开机后看到Android系
统的桌面,我们希望设备开机会直接进入我们自己的程序“。“我们的产品就是直接面对最终用户的,其它的无关的功能不需要。”比如说,之前我们开发的一款社
区医疗软件,通过蓝牙和心电仪、血糖仪等采集外设通信,客户要求开机进入医疗软件,通过底层蓝牙通信,我们采用的就是定制的Android平板的桌面。

通常定制应用程序开机启动有两种实现方式:
Ø 接收系统启动广播:BOOT_COMPLETED,在广播接收器代码里实现应用程序的启动。
Ø 编写一个桌面程序,替换掉系统默认的Launcher应用。

第一种方式实现简单,但是这个应用程序是在Android系统桌面出现之后再启动的,不是真正意义上的产品定制,并且,如果当前的应用程序崩溃了退出后,会回到桌面上,当然我们可以实现崩溃后再次重新启动,但是,这终究不是真正意义上的定制。

第二种实现方式思路:当系统启动完毕之后,系统会发出一个Action为
android.intent.action.MAIN,category为android.intent.category.HOME的Intent,
默认系统的Launcher桌面会响应这个Intent,那么,我们可以编写一个应用程序,让它去响应这个Intent,然后我们将这个应用程序替换掉系
统默认的Launcher桌面。系统重新启动之后,会自动启动我们自己的应用。但是,如果一些非法程序也响应这个Intent,那么照样不能达到客户的目
的。这个时候,我们就要去修改系统框架代码,让Android系统启动完毕之后发送我们自己定义的Intent而不是公开的category为HOME的
Intent。

思路如下:
Ø添加一个新的category:android.intent.category.FS_HOME
Ø将框架里面所有发送android.intent.category.HOME的Intent全部改成android.intent.category.FS_HOME
category的定义文件在:
@ frameworks/base/core/java/android/content/Intent.java

[java] view plaincopyprint?

1.               /**
                2. 2219              * This is the home activity, that is the first activity that is displayed
                3. 2220              * when the device boots.
                4. 2221              */
                5. 2222               @SdkConstant(SdkConstantType.INTENT_CATEGORY)
                6. 2223               public static final String CATEGORY_HOME = "android.intent.category.HOME";

在CATEGORY_HOME后面添加下面两行代码:

[java] view plaincopyprint?

1.               @SdkConstant(SdkConstantType.INTENT_CATEGORY)

                2.               public static final String CATEGORY_FS_HOME = "android.intent.category.FS_HOME";

通过grep CATEGORY_HOME frameworks/ -R命令查找所有使用CATEGORY_HOME的文件:

[plain] view plaincopyprint?

1. ./frameworks/ex/carousel/test/src/com/android/carouseltest/TaskSwitcherActivity.java
                2. ./frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
                3. ./frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityRecord.java
                4. ./frameworks/base/services/java/com/android/server/UiModeManagerService.java
                5. ./frameworks/base/tests/StatusBar/src/com/android/statusbartest/NotificationTestList.java
                6. ./frameworks/base/policy/src/com/android/internal/policy/impl/PhoneWindowManager.java
                7. ./frameworks/base/policy/src/com/android/internal/policy/impl/RecentApplicationsDialog.java
                8. ./frameworks/base/packages/SystemUI/src/com/android/systemui/recent/RecentTasksLoader.java

将文件里使用CATEGORY_HOME常量的地方全部改为CATEGORY_FS_HOME。

新建一个Android应用:MyLauncher,在其AndroidManifest.xml里,<intent-filter>标签里添加上响应CATEGORY_FS_HOME的代码:

[html] view plaincopyprint?

1. <SPAN style="FONT-SIZE: 10px" ><activity android:name=".MyLauncherActivity" >

                2.              <intent-filter>
                3.                            <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
                4.                            <category android:name="android.intent.category.FS_HOME" />
                5.                            <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
                6.              </intent-filter>
                7. </activity></SPAN>

重新编译frameworks/base、frameworks/ex:

[plain] view plaincopyprint?

1. $ source build/envsetup.sh

                2. $ make

重新运行模拟器,使用新编译的Android系统,可以看到系统启动起来就进入我们的MyLauncher应用,从实现实现桌面的替换。

深入浅出 - Android系统移植与平台开发(六)- 为Android启动加速

文章来源:华清远见嵌入式学院原文地址:http://www.embedu.org/Column/Column682.htm

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