Android系统开机主要经历三个阶段：

  1. bootloader启动
  2. Linux启动
  3. Android启动

 

启动文件：

对于机器从通电到加载Linux系统一般需要三个文件：bootloader(引导文件)、kernel(内核文件)、rootfs (根文件系统 能让操作系统正常运行的文件夹和文件的大集合，在Android中是ramdisk)。这些文件在ROM Build的时候会编译成IMAGE的形式打包到ROM中。

 

Android系统主要分为两个区。system分区包含有Android运行时框架、系统APP以及预装的第三方APP等；boot分区包含有kernel。刷入到system分区和boot分区的两个镜像称为system.img和boot.img

 

Ramdisk 是将一部分固定大小的RAM空间模拟出硬盘分区，在引导时内核以只读方式挂载它。它并非一个实际的文件系统，而是一种将实际的文件系统装入内存的机制，并且可以作为根文件系统。将一些经常被访问而又不会更改的文件 ( 如只读的根文件系统 ) 通过 Ramdisk 放在内存中，可以明显地提高系统的性能。但是对于这些文件的修改，掉电后就会丢失，只能修改IMG并重刷。

 

ramdisk.img是一个只读image分区，包含了Linux主要的目录机构，可以单独编译或编译到内核。主要是存放android启动后第一个用户进程init可执行文件和init.*.rc等相关启动脚本以及sbin目录下的adbd工具。而system, data，dev，proc，sys等目录都是空的，用来挂载对应的分区的。

 

通过刷机可以将这些IMG文件刷入到手机的Flash存储中。而一般手机Flash主要有两类：

 

NOR Flash：特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

NAND Flash

NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。


启动流程：

1． Bootloader启动

bootloader是嵌入式系统的引导加载程序，是系统通电后运行的第一段程序，主要作用是引导操作系统，类似PC上的BIOS程序。一般会分为BL1和BL2两个阶段，分别是初始化硬件和加载操作系统。基本功能如下：

a)         硬件设备初始化：主要包括屏蔽所有中断，设置CPU的速度和时钟频率，关闭处理器内部指令，数据cache等；

b)         初始化RAM：设置CPU寄存器，为加载Kernel做准备；

c)         初始化串口：主要用来进行交互，输出调试信息；

d)         检查CPU类型： Linux内核启动时需要根据CPU类型调用相应的初始化程序；

e)         设置Linux启动参数： Linux会根据参数进行相应的初始化操作；

f)          调用Linux Kernel Image：加载kernel和ramdisk到RAM指定地址，并转跳到此地址开始执行Kernel的第一条指令。

 

启动bootloader过程：

当机器通电后，ARM CPU的PC(程序计数器)寄存器的值是0x0，于是CPU会从这个地址取指令执行，所有嵌入式设备都会把相关的ROM或Flash映射到这个地址（通过硬件引脚电平高低实现javascript:void(0)）。如果bootloader存放在NOR Flash中，则0x0就是Flash中第一条指定地址，一般BL1在NOR中执行，而BL2加载到RAM执行提高速度； 如果存放在NAND Flash中，则需要将BL1加载到RAM执行，然后加载并执行BL2，不同芯片加载BL1的这个过程是不同的。

 

Bootloader还支持交互式启动，在BL1完成后不是马上执行BL2，而是等待用户操作，这种启动模式就叫做fastboot。

 

2． Linux启动

a)         Kernel镜像zImage解压

b)         Kernel的汇编启动: 根据BL中传递的参数，执行相应的初始化操作（与硬件平台相关），主要的一步是建立页表，为内核建立4M的内存映射

c)         Kernel 的C启动：执行init/main.c中start_kernel方法。它主要完成剩余的与硬件平台相关的初始化操作。初始化核心进程调度器和中断处理函数、创建文件和系统缓存、初始化内存管理MMU、初始化内存。

d)         rest_init()函数，kernel_thread()启动第一个内核线程执行kernel_init()

                         i.              加载系统设备和驱动程序，并进行初始化

                       ii.              加载Binder，创建/dev/binder设备文件，并注册为misc设备

                      iii.              将ramdisk作为rootfs挂载到根目录/

                      iv.              调用execve()创建系统的第一个用户进程Init (/system/core/init/init.c)

                       v.              解析并执行Init.rc文件，启动系统服务，此时线程进入用户空间运行。

 

3． Android启动

 

a)         解析并执行init.rc文件(\system\core\rootdir\init.rc) (Android系统启动过程比PC要简单，init.rc与PC的内容也不相同，包含了4种不同操作称为Android Init Launage 在system/core/Init/readme.txt有具体描述)

b)         创建dev、proc、system、data等目录并挂载对应的分区，设置目录和文件的用户和权限。

c)         执行四种操作中的Action和Commands，然后启动Native 空间的Service如console、adbd、vold、netd、media、ril-daemon、surfaceflinger、ril-daemon等等。

d)         启动ServiceManager服务：是Binder的守护进程，主要负责整个系统service的管理，系统中所有的服务都必须在SMgr中注册，获取服务是也需要向Smgr申请，通过它获得远程服务的Binder实体。Android的IPC由Client、Service、ServiceManager和Binder组成，Binder驱动完成实际IPC功能，而SMgr则对service进行管理。

（frameworks\native\cmds\servicemanager\service_manager.c）

 

e)         启动Zygote服务： Zygote进程也叫孵化进程，Android世界中所有的进程都是从此进程孵化而来(fork())，它负责应用程序框架层的其它进程的创建和启动工作。

(frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp) (Android L中启动Zygote的脚本不在init.rc文件中，而是有单独的init.zygote_xx.rc文件来启动，用于支持64位操作系统)

 

                            i.              Zygote创建AppRuntime并启动，调用startVm，里面会调用JNI_CreateJavaVM来启动Davlik虚拟机。并加载需要的库和jar包，这样每次fork出新的进程就不需要在加载VM了。

                           ii.              调用startReg()注册Android的JNI方法

                         iii.              通过JNI从Native层调用Java层的com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数，这个函数主要做了下面3件事情：

  1. Zygote注册一个socket用了进行进程通信，当我们需要启动一个Android应用程序时，AMS会通过Socket通知Zygote为这个应用程序创建一个新的进程。
  2. Zygote进程fork出一个SystemServer进程，SystemServer进程负责启动系统的关键服务，如包管理服务PackageManagerService和应用程序组件管理服务ActivityManagerService。具体运行过程见f
  3. Zygote执行runSelectLoopMode进入循环来监听socket请求

f)          运行SystemServer：被创建后会运行handleSystemServerProcess(), 此进程将负责启动其他的Android服务

(frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java)

                         i.              关闭进程中的socket，因为是从Zygote进程fork出来的，但不需要使用。

                       ii.              加载libandroid_servers.so

                      iii.              执nativeInit ()启动Native空间的Sensor Service，并注册到ServiceManager (frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_SystemServer.cpp)

                      iv.              执行ServerThread.initAndLoop()启动Java空间的Service，并注册到ServiceManage(主要包括AMS/WMS/ConnectivityService/InputManagerService等)

                       v.              调用每个service的systemReady方法通知service系统已经启动完成

                      vi.              调用Looper.loop() 在主线程启动消息循环

 

PS: 我看Kitkat代码和网上介绍的老版本不太一样，老版本使用init1()和init2()两个函数来启动Native和Java的Service，而且init1中启动了很多service，主要包括：Sensor/AudioFlinger/MediaPlayer/Camera/AudioPolicy，而这里只启动了sensor的服务。还不知道其他服务在那里启动。

 

g)         启动Home：

                         i.              AMS的systemReady方法被调用，其中会调用resumeTopActivityLocked()

                       ii.              最终会调用到ActivityStack.java中的resumeTopActivityLocked

                      iii.              发现没有其他任何的Activity，调用ActivityStackSupervisor.resumeHomeActivity

                      iv.              getHomeIntent获取intent, Intent的category为Intent.CATEGORY.HOME,然后调用AMS.startHomeActivityLocked传递Intent

                       v.              调用ActivityStackSupervisor. startHomeActivity , 调用startActivityLocked()

                      vi.              通过resolveActivityInfo函数向 PackageManagerService 查询 CATEGORY 类型为 HOME 的应用

                    vii.              最后AMS会通知Zygote启动一个新的进程

h)         至此Android系统启动过程全部完成