这是去年这个时候整理的一点东西，之前一直想搞明白，Android手机从按下电源键的那一刻，到底是怎么运行的。查找了好多博客和书籍，没发现讲解整个流程的，侧重点各不相同，不过集结起来基本上能搞清楚整个脉络。所以当时对一些书里的内容抽丝剥茧，梳理出这么个流程。
现在回头看整理的这些内容确实有些粗糙，而且即便整理出来了，好像也没什么用处（当时的确特别想弄明白）。不过还是决定重新编辑一下，把它发布出来，肯定会有收获。
第一步：Boot ROM
当电源键按下，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM中）开始执行，加载引导程序到RAM，然后执行。此后，计算机的执行就完全交给程序设计者了。
第二步：Boot Loader（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，它的终极目标是让OS运行起来。BootLoader要做硬件初始化类的工作，必然和硬件相关，所以它的代码并非通用，不同的硬件需要不同的BootLoader代码，各大厂商都有自己的，并加入开机画面之类的。当然有的也支持多个平台，常用的有UBoot、RedBoot等。
以UBoot为例，U-Boot启动内核的过程可以分为两个阶段，两个阶段的功能如下（按执行顺序进行的整理）：
第一阶段
- 硬件设备初始化
- 加载U-Boot第二阶段代码到RAM空间
- 设置好栈
- 跳转到第二阶段代码入口
第二阶段
- 初始化本阶段使用的硬件设备
- 检测系统内存映射
- 将内核从Flash读取到RAM中
- 为内核设置启动参数
- 调用内核
补充
1、如果用户在BootLoader运行期间，按下预定义的组合键，可以进入系统更新模块。可以选择进入fastboot模式或者recovery模式，fastboot是Android设计的一套通过USB来更新手机分区映像的协议，方便开发人员能快速更新指定的手机分区，但是一般零售机往往去掉了fastboot。Recovery从某种意义上说是一个小型操作系统，和正常启动进入系统的Kernel是一样的。
2、root是开发者通过内核的一些漏洞而获得最高权限，root是在操作系统层面，而BootLoader是偏硬件层面。
3、初始化RAM:因为Linux内核在RAM中执行，所以在调用Linux内核前必须设置和初始化RAM，任务包括设置CPU的控制寄存器参数，以便能正常使用RAM及检测RAM大小。
4、初始化串口：通过串口输出信息是调试BootLoader和Linux内核的强有力的工具，它是Linux内核和用户交互的方式之一。
5、检测处理器类型：Linux内核在启动过程中会根据处理器类型调用相应地初始化程序。
6、设置Linux启动参数：Linux在启动过程中会根据该启动参数进行相应的初始化工作。
7、调用Linux内核映像：将Linux内核拷贝到RAM中，然后跳转到RAM中去执行。Linux内核有两种映像：一种是非压缩内核，叫Image；另一种是它的压缩版本，叫zImage。考虑到嵌入式系统的存储容量一般比较小，所以嵌入式系统均采用内核压缩方式。为了能使用zImage，必须在开头加上解压缩代码。
第三步：启动内核Kernel
由BootLoader装载内核映像到代码段内存，分别放置实模式代码和保护模式代码到不同位置，然后进入实模式代码执行，执行完后转入保护模式代码。一旦Linux内核装载完毕，BootLoader将会从内存中清除掉。
内核启动时，设置缓存、计划列表、加载驱动，完成系统设置后，它首先在系统文件中寻找“init”文件，然后启动第一个进程。
第四步：启动init进程
由于zImage在内核空间运行，而我们平时使用的软件是在应用空间运行，这两个空间是不能直接通过内存地址级别访问的，所以就需要建立某种通讯机制。
目前Linux有许多通讯机制可以在用户空间和内核空间交互，例如驱动文件、内存文件。Linux的特征之一是一切以文件形式存在，这些与内核交互的文件都在用户空间，所以Linux内核装载完成后，需要首先建立这些文件所在的目录，而完成这些工作的程序就是init。
init进程的作用
1、 挂载目录：比如/sys、/dev、/proc。
2、 运行init.rc脚本
- 初始化属性：属性系统是Android的一个重要特征，它作为一个服务运行，管理系统配置和状态，所有这些配置和状态都是属性，每个属性是一个键值对。这些属性可能是某些资源的使用状态、进程的执行状态、系统的特有属性……Android为了存储关于全局和设置的信息，使用了一个公共缓冲区。属性系统首先得有个固定地址空间，这是初始化的任务，初始化工作的最佳位置就是init进程。Android系统级应用和底层模块非常依赖属性系统，常常依靠属性值来决定它们的行为。在Android的系统设置设置程序中，很多功能的打开和关闭，都是通过某个特定的属性值来控制。
- 处理配置文件的命令（主要是init.rc文件）
- 性能分析（使用bootchar工具）
- 无限循环command，启动其它进程
执行流程
第一步
第一步是在进入for循环之前，主要完成Android系统最初的准备，包括建立目录、解析初始化脚本、构建内建命令的工作。
- 进入main()函数后，首先检查启动程序的文件名。如果文件名是“uevented”，执行守护进程uevented的主函数uevented_main()，如果文件名是“watchdogd”，执行看门狗守护进程的主函数watchdogd_main()。都不是则继续执行。
- 缺省情况下一个进程创建出的文件和文件夹的属性是022，使用umask()函数能设置文件属性的掩码。参数为0意味着进程创建的文件属性是0777。
*创建一些基本的目录，包括/dev、/proc、/sys等；同时把一些文件系统，如tmpfs、devpt、proc、sysfs等mount（Linux挂在目录）到相应的目录。
tmpfs是一种基于内存的文件系统，mount后就可以使用。tmpfs文件系统下的文件都存放在内存中，访问速度快，但关机后就会丢失，因此tmpfs文件系统比较适合存放一些临时性的文件。 - devpts是虚拟终端文件系统，它通常mount在目录/dev/pts下。
proc也是一种基于内存的在虚拟文件系统，它可以看作是内核内部数据结构的接口，通过它可以获得系统信息，同时能够在运行时修改特定的内核参数。
sysfs文件系统和proc文件系统类似…… - 在/dev目录下创建一个空文件“.booting”表示初始化正在进行。
- 调用open_devnull_stdio()函数把标准输入、标准输出和标准错误重定向到空设备文件“/dev/null”，这是创建守护进程常用的手段。
- 调用klog_inti()函数创建节点/dev/kmsg，这样init进程可以使用kernel的log系统来输出log了。因为这时Android的log系统还没有启动，所以，init只能使用kernel的log系统。
- 调用property_init()函数来初始化Android的属性系统。
- 调用get_hardware_name()函数，通过分析/proc/cpuinfo文件，取得系统硬件的名称。
- 调用process_kernel_cmdline()函数，解析kernel的启动参数，气动参数通常放在“/proc/cmsline”中。
- 初始化SELinux，是Android4.3开始引入的安全内核。
- 调用property_load_boot_defaults()函数，解析设备根目录下的default.prop文件，把文件中定义的属性值读出来设置到属性系统中。
- 调用init_parse_config_file()函数解析init.rc文件，解析完成后的结果是将init文件中的Server项和Action项分别加入到内部Service列表“service_list”和Action列表“action_list”。
- 调用action_for_each_trigger()函数用来将注定的actio加入到执行列表”action_queue”中。
第二步
第二步是进入for循环之后的“单步执行工作”，这部分主要将逐条执行前面解析得到的命令。
- main()函数最后会进入一个无限for循环，每次循环开始都会调用execute_one_command()函数来执行命令列表中的一条命令，同时调用restart_proceses()函数来启动服务进程。
第三步
第三步是for循环中的真正循环，也就是在Android系统正常运行的状态中的例行工作，也是init作为守护进程处理的主要工作。由于这部分的存在，init可执行程序正常状态下不会退出for循环，也就是init进程不会结束。主要有两个方面的内容：重新启动服务和几个信号机制的处理。
- Init进程初始化系统后，会化身为守护进程来处理子进程的死亡信号，修改属性的请求和组合键盘键事件。监听事件使用的是poll系统调用，使用poll前需要创建或获得用于监听这些事件的文件描述符，同时初始化poll调用需要的数据结构。
- Poll()调用可以设置等待超时间的时间，参数为-1表示无限等待，参数为0表示要立刻返回，参数为正数表示要等待的时间。
- 调用poll()来监听事件的发生。如果监听到修改属性的事件，将会调用处理函数handle_property_set_fd()；如果监听到组合键盘消息，将会调用处理函数handle_keychord()；如果监听到信号，将会调用处理函数handle_signal()。
Init启动的守护进程
- uevented：负责响应uevent事件，创建设备节点文件。
- console：包含常用的shell命令，如ls、cd。
- adbd：adb的守护进程。
- servicemanager：binder的服务总管，负责binder服务的注册和查找。
- vold：负责完成系统USB存储卡等扩展存储自动挂载的守护进程。
- netd：Android的网络守护进程。
- debugged：负责异常退出的诊断。如果侦测到程序崩溃，debugged将把崩溃时的进程状态信息输出到文件和串口中，供开发人员分析和调试使用。
- ril-deamon:手机底层通信系统的守护进程。
- surfacedlinger：负责合成系统所有显示图层的服务进程。
- media：系统多媒体部分的守护进程，包含了audio、mediaplayer以及camera等系统服务。
- bootanim：播放开机动画的进程。
- installd：Android的安装服务守护进程。
第五步：启动zygote
在Android中，zygote是整个系统创建新进程的核心装置，是由init进程根据init.rc文件中的配置项创建的。所有的应用程序进程，以及用来运行系统关键服务的system进程都是由zygote进程负责创建的。
zygote在内部会先启动Dalvik虚拟机，继而加载一些必要的系统资源和系统类。Zygote进程是通过复制自身的方式来创建system进程和应用程序进程的，于是这个新进程在初生之时，就先天具有了Dalvik虚拟机及系统资源。
zygote与系统中其它进程的通信没有使用Binder，而是采用了AF_UNIX类型的socket。
zygote进程的作用
1、建立虚拟机，建立java Runtime
2、 建立socket接收ActivityManagerService的请求，用于fork应用程序
3、 启动SystemServer
zygote进程的执行流程
zygote进程的可执行文件是app_process，app_process模块的源文件位于目录/frameworks/base/cmds/app_process下，只有一个文件app_main.cpp。
第一步
首先执行app_process的main函数
- 创建AppRuntime对象并保存参数，AppRuntime是在app_process中定义的类，继承了系统的AndroidRuntime类。AndroidRuntime类的主要作用是创建和初始化虚拟机。
- 解析启动参数。
- 准备执行ZygoteInit类或RuntimeInit类的参数
- 将本进程的名称改为参数“—nice-name”指定的字符串，缺省情况下niceName的值为“zygote”。
- 通过参数传进来的java类。
第二步
在main()函数的结尾，调用AndroidRuntime类的start()函数来执行java类。下面看看start()函数的执行过程。
- 打印启动Log。
- 获取系统目录，系统目录是在Init进程中创建出来的。
- 调用startVm()，启动虚拟机，Android从5.0开始，启动的将是Art虚拟机。
- 调用虚函数onVmCreated()。
- 调用startReg(),注册系统的JNI函数。
- 准备调用java类的main()函数的参数。
- 调用ZygoteInit类的main()方法。
第三步
ZygoteInit类的main（）方法的执行过程。
- 解析调用的参数。
- 调用registerZygoteSocket()方法注册Zygote的socket监听端口，用来接收启动应用程序的消息。调用preload()方法装载系统资源，包括系统预加载类、Framework资源和openGL的资源。这样当应用程序被fork处理后，应用的进程内已经包含了这些系统资源，大大节省了应用的启动时间
- 调用startSystemServer()方法启动SystemServer进程
- 最后调用runSelectLoop()方法进入监听和接收消息的循环。
zygote启动应用程序
上一张图吧，忘记了当时是在哪本书里看到的了：
第六步：启动SystemServer进程
SystemServer是Android系统的核心之一，大部分Android提供的服务都运行在这个进程里,SystemServer中运行的服务总共有六十多种。为了防止应用进程对系统造成破坏，Android的应用进程没有权限直接访问设备的底层资源，只能通过SystemService中的服务代理访问。通过Binder，用户进程使用SystemServer中的服务并没有太多的不便之处。
SystemServer的创建可以分成两部分，一部分是在zygote进程中fork并初始化SystemServer进程，另一部分是执行SystemServer类的main()方法来启动系统的服务。
执行流程
第一步
在ZygoteInit类的main()方法调用startSystemServer()方法来启动SystemServer。在此方法中，主要做了三件事：
- 为SystemServer准备启动参数，从参数里可以看出：SystemServer的进程Id和组Id都被指定为1000。
- 调用Zygote类的forkSystemServer()来fork出SystemServer子进程。如果SystemServer启动不成功，将导致系统从Zygote开始再启动一遍。
- 在fork出的进程中调用handleSystemServerProcess（）来初始化SystemServer进程。
第二步
SystemServer初始化，它的入口main()方法的主要工作是：
- 设置属性……
- 调整时间
- 调整虚拟机堆的内存
- 装载库libandroid.so
- 调用nativeInit()方法初始化native层的Binder服务。
- 创建并运行java服务
- 调用Loop.loop()，进入处理消息的循环
第七步：启动Home
一旦系统服务在内存中跑起来了，Android就完成了引导过程，这个时候“ACTION_BOOT_COMPLETED”开机启动广播就会发出，Home主页启动。
附图
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作者：thinkChao
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來源：简书
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