andriod/linux开机启动流程

本文目录&＃xff1a;

&＃xff08;一&＃xff09;整体概述

&＃xff08;二&＃xff09;BootLoader

&＃xff08;三&＃xff09;Kernel初始化

&＃xff08;四&＃xff09;Init初始化介绍

&＃xff08;a&＃xff09;Init.rc

&＃xff08;b&＃xff09;boottanim启动

&＃xff08;c&＃xff09;Surfaceflinger启动

&＃xff08;五&＃xff09;Zygote启动介绍

&＃xff08;a&＃xff09;app_process

&＃xff08;b&＃xff09;AppRuntime

&＃xff08;c&＃xff09;ZygoteInit

&＃xff08;六&＃xff09;SystemServer启动介绍

&＃xff08;a&＃xff09;AMS启动

&＃xff08;b&＃xff09;PackageMS启动

&＃xff08;七&＃xff09;Launcher启动介绍

&＃xff08;a&＃xff09;SystemUI启动

&＃xff08;b&＃xff09;Launcher启动

&＃xff08;八&＃xff09;Log抓取与分析方法

&＃xff08;九&＃xff09;总结及参考

概述&＃xff1a;Loader  > Kernel > Native >  Framework > Application

细分&＃xff1a;BootRom > Bootloader > Kernel > Init > Zygote > SystemServer > Launcher

Ø  Loader层主要包括Boot Rom和Boot Loader&＃xff1b;

Ø  Kernel层主要是Android内核层&＃xff0c;启动0号和1号进程&＃xff1b;

Ø  Native层主要是包括init进程以及其fork出来的用户空间的守护进程、HAL层、开机动画等&＃xff1b;

Ø  Framework层主要是AMS和PMS等Service的初始化&＃xff1b;

Ø  Application层主要指SystemUI、Launcher的启动&＃xff1b;

&＃xff08;二&＃xff09;BootLoader

Bootloader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序&＃xff0c;我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图&＃xff0c;从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态&＃xff0c;以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

调用流程&＃xff1a;
crt0.S > kmain > arch_init > target_init > apps_init > aboot_init

详细步骤如下&＃xff1a;

Ø  在crt0.s中&＃xff1a;

n  主要完成CPU初始化&＃xff0c;禁用mmu&＃xff0c;禁用cache&＃xff0c;初始化异常向量表等操作&＃xff0c;最后直接跳转到kmain中&＃xff1b;

n  MTK平台&＃xff1a;alps/vendor/mediatek/proprietary/bootable/bootloader/lk/arch/{paltform}/crt0.S

Ø  在kmain方法中

n  MTK平台&＃xff1a;alps/vendor/mediatek/proprietary/bootable/bootloader/lk/kernel/main.c

n  初始化线程系统 > 初始化mmu&＃xff0c;设置异常向量基地址 > 初始化硬件时钟、主板等 > 初始化uart端口 > 内核堆栈初始化&＃xff08;用于kmalloc等函数的内存分配&＃xff09; > 初始化定时器 > 初始化内核定时器 > 判断是否定义ENABLE_NANDWRITE&＃xff1a;如果是运行bootstrap2线程&＃xff1b;如果不是则在timer_init之后执行bootstrap_nandwrite。

Ø  Bootstrap2中执行arch_init > target_init > apps_init&＃xff1a;

n  arch_init&＃xff1a;打印信息&＃xff1b;

n  target_init&＃xff1a;

u  从共享内存中读写xbl提供的pmic信息&＃xff1b;

u  初始化spmi总线&＃xff0c;用于cpu和pmic通信&＃xff1b;

u  初始化ap与rpm通信通道&＃xff1b;

u  初始化按键&＃xff1b;

u  判断内核是否签名&＃xff0c;当使用的是签名的内核时&＃xff0c;需要初始化加密解密引擎&＃xff1b;

u  判断是从usf还是emmc启动&＃xff1b;

u  获取分区表信息&＃xff1b;

u  判断电池电压是否过低&＃xff0c;过低则进入预充电和tz通信&＃xff1b;

u  初始化emmc或ufs中的rpmb用户加解密认证分区&＃xff1b;

u  运行keymaster。

n  app_init&＃xff1a;功能的初始化&＃xff0c;并调用aboot_init

Ø  aboot_init&＃xff1a;在about.c中

n  根据target_is_emmc_boot()判断是否是从emmc存储设备上启动&＃xff0c;然后分别获取对应存储设备的页大小和页掩码;

n  取得设备的device_info信息&＃xff0c;保存到device变量中;

n  初始化lcd驱动&＃xff0c;显示手机开机后的第一幅图片;

n  获取emmc或者flash芯片的产品序列号&＃xff0c;最后在启动kernel时通过cmdline中的androidboot.serialno参数传给内核;

n  检查按键判断是进入recovery还是fastboot;

n  检查重启模式;

n  跳转到kernel。

&＃xff08;三&＃xff09;kernel初始化

分为三部分&＃xff1a;zImage解压缩、kernel的汇编启动阶段、kernel的C启动阶段。

内核启动引导地址由bootp.lds决定&＃xff0c;内核启动执行的第一条代码在head.S文件中&＃xff0c;主要功能是实现压缩内核的解压和跳转内核vmlinux内核的入口。

在kernel的C启动阶段可以理解为真正的启动阶段&＃xff0c;从head.S中可知&＃xff0c;最终调用的是kernel/init/main.c的start_kernel()函数。

在start_kernel()函数中执行了大量的初始化操作&＃xff0c;如&＃xff1a;

Ø  setup_arch()&＃xff1a;板级初始化等。

Ø  sched_init()&＃xff1a;初始化处理器的可运行队列&＃xff0c;设置系统初始化进程&＃xff0c;即0号进程&＃xff1b;

Ø  softirq_init()&＃xff1a;内核软中断机制初始化函数&＃xff1b;

Ø  console_init()&＃xff1a;初始化系统的控制台结构&＃xff1b;

Ø  rest_init()&＃xff1a;调用kernel_thread()创建1号内核线程&＃xff0c;调用schedule()函数切换当前进程&＃xff0c;在调用该函数之前&＃xff0c;Linux系统中只有两个进程&＃xff0c;即0号进程init_task和1号进程kernel_init&＃xff0c;其中kernel_init进程也是刚创建的。调用该函数后&＃xff0c;1号进程将会执行。

Kernel进程&＃xff1a;

Linux下有3个特殊的进程&＃xff1a;

Ø  idle(swapper)进程&＃xff0c;由系统自动创建&＃xff0c;运行在内核态&＃xff1a;

其pid &＃61; 0&＃xff0c;前身是系统创建的第一个进程&＃xff0c;也是唯一一个没有通过fork或者kernel_thread产生的进程。完成加载系统后&＃xff0c;演变为进程调度、交换&＃xff0c;常被称为交换进程。

Ø  init进程&＃xff0c;由idle通过 kernel_thread创建&＃xff0c;在内核空间完成初始化后&＃xff0c;加载init程序&＃xff0c;并最终转变为用户空间的init进程&＃xff1a;

由 0 进程创建&＃xff0c;完成系统的初始化&＃xff0c;是系统中所有其他用户进程的祖先进程。Linux中的所有进程都是由init进程创建并运行的&＃xff0c;首先Linux内核启动&＃xff0c;然后在用户空间中启动init进程&＃xff0c;再启动其他系统进程&＃xff0c;在系统启动完成后&＃xff0c;init将变为守护进程监视系统其他进程。

Ø  kthreadd进程&＃xff0c;由idle通过kernel_thread创建&＃xff0c;并始终运行在内核空间&＃xff0c;负责所有内核线程的调度和管理&＃xff1a;

该进程任务就是管理和调度其他内核线程kernel_thread&＃xff0c;会循环执行一个kthreadd的函数&＃xff0c;该函数的作用就是运行kthread_create_list全局链表中维护的kthread&＃xff0c;当我们调用kernel_thread创建的内核线程会被加入到此链表中&＃xff0c;故所有的内核线程都是直接或间接地以kthreadd为父进程。

&＃xff08;四&＃xff09;Init初始化介绍

Init进程是Linux内核启动后创建的第一个用户空间的进程&＃xff0c;init在初始化工程中会启动很多重要的守护进程。

代码位于&＃xff1a;alps/system/core/init/init.cpp

此外&＃xff0c;该文件的main函数入口也是ueventd和watchdog守护进程的入口&＃xff0c;通过参数控制。

默认情况下&＃xff0c;一个进程创建出来的文件和文件夹属性都是022&＃xff0c;使用umask()函数能设置文件属性的掩码&＃xff0c;参数为0 时表示进程创建的文件属性是0777。接着创建一些基本的目录包括dev, proc, sys,等&＃xff0c;同时把分区mount到对应的目录。

Init进程会调用property_init创建一个共享区域来存储属性值&＃xff0c;初始化完后&＃xff0c;获取kernel传过来的cmdline去设置一些属性&＃xff0c;然后初始化SELinux和安全上下文&＃xff0c;接着会通过property_load_boot_defaults去加载default.prop等文件初始化系统属性。

初始化属性和SELinux后&＃xff0c;接着解析init.rc的文件内容&＃xff0c;通过init.rc相关语法配置和启动进程以及启动的顺序。

Main()函数最后会进入一个死循环&＃xff0c;每次循环都会去调用ExecuteOneCommand执行命令列表中的一条命令&＃xff0c;如果服务挂了还会调用restart_processes重启服务。

Init进程初始化系统后&＃xff0c;会化身为守护进程来处理子进程的死亡信号&＃xff0c;修改属性的请求和组合键事件。

l  【Init.rc】

该文件位于&＃xff1a; alps/system/core/rootdir/init.rc

在init.cpp中&＃xff0c;启动init.rc各个阶段的顺序是early-init > init > late_init&＃xff0c; 在late_init中又会去触发其他阶段的启动&＃xff0c;所以各个阶段在init中启动的顺序如下&＃xff1a;

early_init > init > late_init > early-fs > post-fs > late_fs > post-fs-data > zygote-start > boot > on property

各阶段的作用分别是&＃xff1a;

Ø  on early-init&＃xff1a;设置init进程以及它创建的子进程的优先级&＃xff0c;设置init进程的安全环境&＃xff1b;

Ø  on init&＃xff1a;设置全局环境&＃xff0c;为cpu accounting创建cgroup(资源控制)挂载点&＃xff1b;

Ø  on fs&＃xff1a;挂载mtd分区&＃xff1b;

Ø  on post-fs&＃xff1a;改变系统目录的访问权限

Ø  on post-fs-data&＃xff1a;改变/data目录以及它的子目录的访问权限

Ø  on boot&＃xff1a;基本网络的初始化&＃xff0c;内存管理等等

Ø  service servicemanager&＃xff1a;启动系统管理器管理所有的本地服务&＃xff0c;比如位置、音频、Shared preference等

Ø  service zygote&＃xff1a;启动zygote作为应用进程

在boot阶段会启动class为hal和core的服务。

Init.rc中支持的命令实现在builtins.cpp中&＃xff0c;具体语法可参考文件&＃xff1a;alps/system/core/init/READMe.md。

l  【bootanim启动】&＃xff1a;bootanim意思是boot animation翻译为“开机动画”

Bootanim.rc中定义了bootanim属于core服务&＃xff0c;但是设置了disable说明bootanim不是自启动的服务&＃xff0c;需要别的服务进行唤醒。

l  【surfaceflinger启动】flinger翻译为“护圈”

代码里搜索bootanim&＃xff0c;可以看到是surfaceflinger服务将bootanim启动&＃xff0c;surfaceflinger属于core服务&＃xff0c;自启动服务&＃xff0c;在init进程的on boot阶段会启动surfaceflinger&＃xff0c;surfaceflinger最后会启动startPropertySetThread从而启动bootanim。

surfaceFlinger服务的main函数入口在main_surfaceflinger&＃xff0c;主要操作有&＃xff1a;

Ø  启动Hidl服务&＃xff0c;主要是DisplayService

Ø  启动线程池&＃xff1b;

Ø  初始化surfaceflinger和GpuService注册到serviceManager&＃xff1b;

Ø  启动surfaceFlinger线程。

启动函数在开机过程中只会执行一次。

&＃xff08;五&＃xff09;Zygote启动介绍

在init执行过程中&＃xff0c;在on late-init阶段&＃xff0c;会trigger[引发] zygote-start&＃xff08;如下图示&＃xff09; &＃xff0c; on zygote-start会根据当前的加密状态选择启动服务。

&＃xff08;六&＃xff09;SystemServer启动介绍

SystemServer主要从zygoteInit.java文件的 forkSystemServer()函数开始分析&＃xff0c;主要是设置参数&＃xff0c;然后调用zygote的forkSystemServer方法&＃xff0c;再判断是否有SecondaryZygote启动&＃xff0c;有则等待其启动&＃xff0c;无则返回。

Zygote的forkSystemServer方法主要是调用了native方法nativeForkSystemServer&＃xff0c;在native层进行fork动作&＃xff0c;并设置pid, gid, seLinux安全上下文等&＃xff0c;最后启动com.android.server.SystemServer。

SystemServer是一个Java类&＃xff0c;从main函数入口分析&＃xff0c;主要调用run方法&＃xff0c;工作是&＃xff1a;

Ø  调整时间&＃xff0c;如果系统时间比1970要早&＃xff0c;调整到1970&＃xff1b;

Ø  设置语言&＃xff1b;

Ø  调整虚拟机堆内存大小和内存利用率&＃xff1b;

Ø  初始化Looper为mainLooper&＃xff1b;

Ø  装载库libandroid_server.so&＃xff1b;

Ø  初始化系统Context&＃xff1b;

Ø  创建SystemServiceManager负责系统Service启动&＃xff1b;

Ø  创建和启动Java服务&＃xff0c;包含AMS&＃xff0c;WMS&＃xff0c;PMS&＃xff0c;IMS等&＃xff0c;主要分在三个函数中进行的&＃xff1b;

n  启动引导程序服务startBootstrapServices()&＃xff1a;

u  会初始化一个watchdog实例&＃xff0c;并启动watchdog子线程&＃xff1b;

u  读取系统配置&＃xff0c;初始化线程池&＃xff0c;最大32个&＃xff1b;

u  平台兼容性设置platformCompat&＃xff1b;

u  启动Installer&＃xff0c;为了有权限能创建重要的一些目录&＃xff0c;如/data/user等&＃xff1b;

u  为了获取设备id&＃xff0c;启动DeviceIdentifiersPolicyService&＃xff1b;

u  UriGrantsManagerService&＃xff1b;

u  AMS&＃xff1b;

u  在PMS之前要启动DataLoaderManagerService&＃xff0c;IncrementalService&＃xff1b;

u  启动pMS&＃xff0c;powerManagerService&＃xff1b;

u  启动ThermalManagerService&＃xff1b;

u  初始化powerManagerService&＃xff1b;

u  启动RecoverySystemService&＃xff1b;

u  到此为止&＃xff0c;OS启动和运行的基本要素基本集齐&＃xff0c;注册一个healthObserver&＃xff0c;为的是如果陷入runtime restart loop时&＃xff0c;可以有一个救援队&＃xff08;rescue party&＃xff09;来救援&＃xff0c;watchdog有监控&＃xff1b;

u  启动ledService&＃xff1b;

u  启动助手服务SidekickService&＃xff1b;

u  启动DisplayManagerService&＃xff1b;

u  启动PMS, packageManagerService&＃xff0c;有watchdog监控&＃xff1b;

u  PMS启动后&＃xff0c;注册二进制文件报告器&＃xff0c;该报告器会捕捉所有由系统加载的二进制文件&＃xff0c;这些二进制文件会被BackgroundDexOptService优化&＃xff1b;

u  至此&＃xff0c;完成PMS启动&＃xff1b;

u  再启动UserManagerService&＃xff0c;至此&＃xff0c;以上所有服务都是由systemServiceManager调用startService()方法启动&＃xff1b;

u  接下来&＃xff0c;将ActivityManagerService设置为系统进程&＃xff0c;并启动。

u  初始化watchdog&＃xff0c;并用ActivityManager实例启动&＃xff0c;并开始监听reboot。

n  启动核心服务startCoreServices()

u  启动系统配置服务systemConfigService&＃xff1b;

u  启动电池服务batteryService&＃xff0c;如果跟踪电池电量&＃xff0c;需要LightService&＃xff1b;

u  启动跟踪应用使用状态服务UsageService&＃xff1b;

u  启动webViewUpdateService, CacheDeviceStateService跟踪和缓存设备状态, BinderCallsStateService跟踪CPU在binder 调用的时间, LooperStatesService跟踪在handlers中的传递消息的时间, RollbackManagerService管理apk的回滚&＃xff0c;bugreportorMS捕捉bugreport的服务, GPUService 是GPU和GPU驱动的服务。

n  启动其他服务OtherServices()&＃xff0c;下面列出主要的几项&＃xff1a;

u  DropBoxManagerService&＃xff0c;主要记录errors和log&＃xff1b;

u  闹钟alarmManagerService, IMS (InputManagerService), WMS (WindowManagerService)……

u  在所有的与显示相关的服务都启动完之后&＃xff0c;make display ready&＃xff1b;

u  接下来启动一些生物识别相关的服务&＃xff1b;

u  启动完成后&＃xff0c;开始启动app进程&＃xff0c;并且systemServiceManager.startBootPhase()各种服务&＃xff0c;各种服务ready&＃xff1b;

u  Ready之后&＃xff0c;启动各个服务的第三方代码&＃xff0c;让各个服务running&＃xff1a;

Ø  调用Looper.loop()&＃xff0c;进入处理消息的循环。

SystemServer主要从zygoteInit.java文件的 forkSystemServer()函数开始分析&＃xff0c;主要是设置参数&＃xff0c;然后调用zygote的forkSystemServer方法&＃xff0c;再判断是否有SecondaryZygote启动&＃xff0c;有则等待其启动&＃xff0c;无则返回。

Zygote的forkSystemServer方法主要是调用了native方法nativeForkSystemServer&＃xff0c;在native层进行fork动作&＃xff0c;并设置pid, gid, seLinux安全上下文等&＃xff0c;最后启动com.android.server.SystemServer。

SystemServer是一个Java类&＃xff0c;从main函数入口分析&＃xff0c;主要调用run方法&＃xff0c;工作是&＃xff1a;

Ø  调整时间&＃xff0c;如果系统时间比1970要早&＃xff0c;调整到1970&＃xff1b;

Ø  设置语言&＃xff1b;

Ø  调整虚拟机堆内存大小和内存利用率&＃xff1b;

Ø  初始化Looper为mainLooper&＃xff1b;

Ø  装载库libandroid_server.so&＃xff1b;

Ø  初始化系统Context&＃xff1b;

Ø  创建SystemServiceManager负责系统Service启动&＃xff1b;

Ø  创建和启动Java服务&＃xff0c;包含AMS&＃xff0c;WMS&＃xff0c;PMS&＃xff0c;IMS等&＃xff0c;主要分在三个函数中进行的&＃xff1b;

n  启动引导程序服务startBootstrapServices()&＃xff1a;

u  会初始化一个watchdog实例&＃xff0c;并启动watchdog子线程&＃xff1b;

u  读取系统配置&＃xff0c;初始化线程池&＃xff0c;最大32个&＃xff1b;

u  平台兼容性设置platformCompat&＃xff1b;

u  启动Installer&＃xff0c;为了有权限能创建重要的一些目录&＃xff0c;如/data/user等&＃xff1b;

u  为了获取设备id&＃xff0c;启动DeviceIdentifiersPolicyService&＃xff1b;

u  UriGrantsManagerService&＃xff1b;

u  AMS&＃xff1b;

u  在PMS之前要启动DataLoaderManagerService&＃xff0c;IncrementalService&＃xff1b;

u  启动pMS&＃xff0c;powerManagerService&＃xff1b;

u  启动ThermalManagerService&＃xff1b;

u  初始化powerManagerService&＃xff1b;

u  启动RecoverySystemService&＃xff1b;

u  到此为止&＃xff0c;OS启动和运行的基本要素基本集齐&＃xff0c;注册一个healthObserver&＃xff0c;为的是如果陷入runtime restart loop时&＃xff0c;可以有一个救援队&＃xff08;rescue party&＃xff09;来救援&＃xff0c;watchdog有监控&＃xff1b;

u  启动ledService&＃xff1b;

u  启动助手服务SidekickService&＃xff1b;

u  启动DisplayManagerService&＃xff1b;

u  启动PMS, packageManagerService&＃xff0c;有watchdog监控&＃xff1b;

u  PMS启动后&＃xff0c;注册二进制文件报告器&＃xff0c;该报告器会捕捉所有由系统加载的二进制文件&＃xff0c;这些二进制文件会被BackgroundDexOptService优化&＃xff1b;

u  至此&＃xff0c;完成PMS启动&＃xff1b;

u  再启动UserManagerService&＃xff0c;至此&＃xff0c;以上所有服务都是由systemServiceManager调用startService()方法启动&＃xff1b;

u  接下来&＃xff0c;将ActivityManagerService设置为系统进程&＃xff0c;并启动。

u  初始化watchdog&＃xff0c;并用ActivityManager实例启动&＃xff0c;并开始监听reboot。

n  启动核心服务startCoreServices()

u  启动系统配置服务systemConfigService&＃xff1b;

u  启动电池服务batteryService&＃xff0c;如果跟踪电池电量&＃xff0c;需要LightService&＃xff1b;

u  启动跟踪应用使用状态服务UsageService&＃xff1b;

u  启动webViewUpdateService, CacheDeviceStateService跟踪和缓存设备状态, BinderCallsStateService跟踪CPU在binder 调用的时间, LooperStatesService跟踪在handlers中的传递消息的时间, RollbackManagerService管理apk的回滚&＃xff0c;bugreportorMS捕捉bugreport的服务, GPUService 是GPU和GPU驱动的服务。

n  启动其他服务OtherServices()&＃xff0c;下面列出主要的几项&＃xff1a;

u  DropBoxManagerService&＃xff0c;主要记录errors和log&＃xff1b;

u  闹钟alarmManagerService, IMS (InputManagerService), WMS (WindowManagerService)……

u  在所有的与显示相关的服务都启动完之后&＃xff0c;make display ready&＃xff1b;

u  接下来启动一些生物识别相关的服务&＃xff1b;

u  启动完成后&＃xff0c;开始启动app进程&＃xff0c;并且systemServiceManager.startBootPhase()各种服务&＃xff0c;各种服务ready&＃xff1b;

u  Ready之后&＃xff0c;启动各个服务的第三方代码&＃xff0c;让各个服务running&＃xff1a;

Ø  调用Looper.loop()&＃xff0c;进入处理消息的循环。                                                            

&＃xff08;七&＃xff09;Launcher启动介绍

                                                    后续持续更新中&＃xff0c;尽情期待