Android核心服务解析篇(三)——Android系统的启动
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从大的方面来说，Android系统的启动可以分为两个部分：第一部分是Linux核心的启动，第二部分是android系统的启动。第一部分主要包括系统引导，核心和驱动程序等，由于它们不属于本篇要讲的内容，这里就不再讨论。在本篇博客中，我们重点讲解Android系统的启动，这一过程主要经过两个阶段，分别是应用的初始化流程与system_service进程及核心服务的创建流程。
1.初始化流程
初始化流程，顾名思义，它完成Android的一些初始化工作，包括设置必要的环境变量，启动必要的服务进程，挂载必要的设备等，而这些工作将会为整个Android打下坚实的基础。
①应用的初始化流程
在核心启动完成以后，将进入Android文件系统及应用的初始化流程，此时将会转向执行init.c中的main()函数（路径：/system/core/init/init.c），该函数的执行流程如下图所示：
下面我们了解一下上图中的注解
注解1：/dev表示设备文件系统或者udev挂载点，/proc用来挂载存放系统过程性信息的虚拟文件系统，/sys用于挂载“sysfs文件系统”。由于前面调用了umask（0），因此mkdir（“/dev”，0755）得到的权限应该是0755.
注解2：init.rc的解析结果是形成action_list（on关键字相关的部分），service_list（service_关键字相关的部分）以及action_queue（需要执行的命令或服务），以便后续流程使用。
注解3：解析/proc/cmdline文件，将其中的属性导入Android系统全局变量。
注解4：
Ⅰget_hardware_name()方法用于解析/proc/cpuinfo文件获取硬件信息，并用于拼接成一个init.
Ⅱ在解析init.rc文件的过程中，系统会根据该文件的内容形成一些需要命令，动作或者触发器的列表并将这些存入在内在中，以便在必要的时候使用。不同的厂商可能根据不同的硬件需求定制不同的.rc文件，这些.rc文件的名称一般为“init.
注解5：添加顺序为：early-init下的所有动作,wait_for_coldboot_done_action，property_init_action，keychord_init_action，console_init_action,set_init_properties_action，init下的动作，property_service_init_action，signal_init_action，check_startup_action，early-boot下的所有动作，boot下的所有动作，queue_property_triggers_action。这些动作组成了开机过程中看到的设备的状态，比如开机动画等。
注解6：这里会启动执行设置属性，创建或挂载动作以及启动服务等操作。需要注意是的这里启动的服务包括最重要的servicemanager和zygote服务进程。
至此，init进程进入死循环中处理一些消息以等待命令的到来。在这个过程中，我们将要了解以下知识。
Ⅰ在init运行的过程中产生了许多服务，它们是整个Android的基础，分别是ueventd，console，adbd，servicemanager，vold，netd，debuggerd，ril-daemon，surfaceflinger，zygote，drm，media，bootanim，dbus，bluetoothd，installd，flash_recovery，racoon，mtpd，keystore和dumstate。
Ⅱ整个init的行为甚至整个Android核心的属性都受到启动脚本init.rc的影响。
下面我们就重点介绍zygote的启动行为，详细了解init.rc的语法。
②init.rc的用法
Android初始化语言由声明的4个类型组成，它们分别是动作（action），命令（command），服务（service），和选项（option），以#开头的行表示注释。动作和服务声明新的一节并且有唯一的名字，所有的命令或者选项属于最近声明的节。如果下一个动作或者服务的名字已存在（也就是重名），则它将作为错误被忽略。
Ⅰ动作
动作是命令序列，它有一个触发器，用于确定行动应在何时发生。当发生某一个事件时，它可以匹配到一个动作触发器，并且该动作会被添加到要执行队列的尾部（除非它已经在队列中了）。
队列中的每个动作是按顺序出列的，具体如下所示：
on early-init
write /proc/1/oom-adj -16
setcon u:r:init:s0
start ueventd
动作表现为以下的形式：
on
.........
触发器是一些字符串，这些字符串可用于匹配一定类型的事件，并且用于触发动作。下表罗列了一些触发器的定义。
| 触发器 | 说明 |
| boot | 当初始化流程触发的时候，boot是首先被触发的动作（在完成/init.conf文件加载之后） |
| 当以 |
|
| device-added- |
当添加设备节点时，device-added- |
| device-removed- |
当移除设备节点时，device-removed- |
| service-exited- |
当指定的服务退出时，service-exited- |
| 自定义的触发器，可由init代码负责管理 |
Ⅱ命令
命令是组成动作的成员，也就是说，动作由一个个命令组成。下表罗列了动作支持的命令。
| 命令 | 说明 |
| exec |
fork并执行程序（ ❶ ❷[ |
| export |
设置名字为 |
| ifup |
打开网络接口 |
| import |
解析一个初始化配置文件，导入系统中 |
| hostname |
设置主机名 |
| chdir |
修改工作目录，它的功能和cd命令一样 |
| chmod |
修改文件的访问权限 |
| chown |
修改 |
| chroot |
修改进程根目录为 |
| class_start |
启动 |
| class_stio |
停止 |
| domainname |
设置域名 |
| insmod |
在 |
| mkdir |
创建一个目录，其中目录路径以及名称由 |
| mount |
尝试在目录 |
| setkey | TBD |
| setprop |
设置系统属性 |
| setrlimit |
设置指定资源的使用限制 |
| start |
启动指定的服务，如果服务还没有运行的话 |
| stop |
停止指定的服务，如果服务目前正在运行的话 |
| symlink |
用值 |
| sysclktz |
设置系统闹钟基准(如果系统闹钟为GMT，则为0) |
| trigger |
触发一个事件。用于执行该触发器中的操作 |
| write |
在 |
在init.rc中，Android 定义了若干动作，并且这些动作用于完成Android的初始化工作。下面以其中一个动作的配置来说明一下：
on fs
mount yaffs2 mtd@system /system
mount yaffs2 mtd@system /system ro remount
mount yaffs2 mtd@userdata /data nosuid nodev
mount yaffs2 mtd@cache /cache nosuid nodev
这个例子配置了一个触发器为fs的动作，它由4条命令组成，这4条命令都使用mount命令挂载设备。
Ⅲ服务
服务是一些程序，当它们退出的时候，init启动并且（选择性地）重新启动。服务表现为以下形式：
service
...........
其中各个参数的含义如下所示：
❶
❷
❸[
Ⅳ选项
选项是服务的修改器，可以影响如何以及何时初始化运行服务。下表罗列了选项列表。
| 选项 | 说明 |
| critical | 这是一个对于设备来说比较关键的服务，如果它在4分钟内退出超过4次，那么设备将重新启动并进入recovery模式。 |
| disabled | 这个服务不能通过类别自动启动，它必须通过服务名字来显示启动 |
| setenv |
设置启动进程中环境变量（由 |
| socket |
创建名为/dev/socket/ |
| user |
在执行该服务之前变换用户名，如果进程需要Linux的能力，就不能使用该命令 |
| group |
在执行该服务之前变换组名 |
| oneshot | 在服务退出时不要重新启动它 |
| class |
为服务指定一个类名。一个被命名的类中的所有服务都可以一起被启动或停止。如果服务没有通过类选项来指定的话，它是在类default中的 |
| onrestart | 当服务重新启动时，执行一条命令 |
下面以init.rc文件中的配置为例简要说明一个服务的配置：
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin -zygote
--start-system-server
class main
socket zygote stream 666
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart media
onrestart restart netd
在上面代码中，第一行配置了一个名为zygote的服务，这个服务将会运行/system/bin/app_process，剩余部分为参数（以空格分割）。
剩下的几行代码声明了此服务的选项。这说明zygote是一个类型为main的服务（classmain）并且它会创建一个socket，这个socket的类型为stream，权限为666（socket zygote stream 666）。当重启此服务的时候，需要完成以下事情。
❶写/sys.android_power/request_state为wake
❷写/sys/power/state为on
❸重新启动media服务
❹重新启动netd服务
init.rc文件需要在init启动期被解析成系统可以识别的数据结构。前面我们读懂了init.rc的含义，下面我们就来看看init是如何保存和组织这些信息的，首先，我们来看看在init中如何表示动作，服务和命令，如下表所示：
| 组件 | 数据结构 | 说明 | |||
| 列表节点（listnode） |
|
listnode是一个表示位置的数据结构，可以用来定义不同类型节点（比如动作或者服务）的执行顺序 从左侧的数据结构中可以看出，这里包含了两个listnode的指针，它们用于指向前一个和后一个将要执行的节点 这些信息将帮助各种节点（动作，服务，以及命令等）组成一个双向循环列表 |
|||
| 动作（action） |
|
action中包含4个表示节点位置信息的节点，它们分别表示它本身在所有动作中的位置(alist)，在添加动作的队列中的位置（qlist），以及在某个触发器中的所有动作列表的位置（tlist） action 数据结构中包含了其他的重要信息，比如动作的名字（name），包含的所有命令列表（commands）以及当前命令 |
|||
| 服务（service） |
|
这个数据结构中包含了服务的信息，主要包括如下内容： ❶该服务在所有服务列表中逻辑位置的数据结构“listnode”（slist） ❷服务的基本信息，比如服务的名称，进程的相关信息，所需要参数信息等 |
|||
| 命令(command) |
|
这个数据结构中包括以下内容： ❶节点的位置信息（clist） ❷命令需要执行的函数的函数指针(func) ❸参数信息：nargs和args[1] |
最后，我们通过解析init.rc中的一个片段来说明解析过程。
开始解析之前，需要了解整个解析过程至关重要的一个数据结构，那就是parse_state,它保存了整个解析过程中所处的状态，下图显示了它的“成分”
| < parse_state |
| +*ptr：char +*text：char +line：int +nexttoken：int +*context：void +(*parse_line)(struct parse_state *state,int nargs,char **args)：void +*filename：char |
③用init解析整个init.rc文件
现在我们 回到init启动的初期，这里它调用了init_parse_config_file()方法，而这个方法就是解析init.rc文件的入口。用init解析整个init.rc文件的流程如下图所示。
下面我们了解一下上图中的注解、
注解1：state是一个被命名为parser_satte的结构体，用于保存当前文件的解析状态信息，包括解析的文件(filename)，当前解析的行号(line)，当前解析的文字指针(ptr)，指示下一个动作的变量(nexttoken)以及解析这一行需要的函数指针(parse_line)等。
注解2：next_token()函数位于/system/core/init/parse.c中，用于分析init.rc文件的内容。它只返回3个状态，分别是：T_EOF(文件结束)，T_NEWLINE(一行结束)和T_TEXT(表示遇到第一个空格)。
注解3：init.rc中每一行的信息通过空格被分割为若干段，而这些信息共同组成args[INIT_PARSER_MAXARGS]的内容，并由nargs计数。例如on fs经过解析后，这一行分为两段（分别是on和fs），分别存放在args中，计数器的值为2.。
注解4：init.rc的每一行经过分割后，需要分析其类型（由lookup_keyword返回）。/system/core/init/keywords.h中定义了所有关键字的类型。在片段KEYWORD(on,SECTION,0,0)中，on关键字是一个SECTION，有0个（也就是不需要）参数，没有对应的触发函数（也就是最后一个0）。
注解5：state.parse_line是一个函数的指针，可以根据关键字指向两种不同的解析方法——parse_line_service(处理服务的选项)和parse_line_action（处理行为的命令）。按照这个流程，init完成整个init.rc文件的解析，并生成service_list和action_list，后续流程所需要的信息将从这两个列表中获取，将需要执行的命令或启动的服务加入action_queue中，这样就完成了Android系统基础部分的启动。
在启动的过程中，需要特别注意的是，我们通过action_for_each_trigger()方法声明需要执行的命令队列，该方法的代码如下所示：
void action_for_each_trigger(const char * trigger,void (*func)(struct action *act)){
struct listnode * node；
struct action *act;
list_for_each(node,&action_list){
act=node_to_item(node,struct action,alist);
if(!strcmp(act->name,trigger)){
func(act)；
}
}
}
在上述代码中，list_for_each()用于遍历action_list中的每一个节点，返回节点在列表中的位置信息，然后通过node_to_item()方法生成一个action的信息，最后执行func()函数。
action_for_each_trigger()方法在init.rc中是这样调用的：
action_for_each_trigger(early-init,action_add_queue_tail);
它的含义是，在action_list中查找名字为early-init的节点，并将其信息通过action_add_queue_tail()方法加入action_queue队列的尾部。
然后在init的无限循环中遍历action_queue中的每一个节点，执行它们所包含的命令。
讲到这里，我们了解了init如何对待init.rc文件的内容。下面扩展一下知识，概要介绍一下Android系统中*.rc文件的关键字及其使用需求，如下表。如果你想修改或编写自己的.rc文件，那么请关注下表。
| 关键字 | 类型 | 参数个数 |
| capability | OPTION | 0 |
| chdir | COMMAND | 1 |
| chroot | COMMAND | 1 |
| class | OPTION | 0 |
| class_start | COMMAND | 1 |
| class_stop | COMMAND | 1 |
| class_reset | COMMAND | 1 |
| console | OPTION | 0 |
| critical | OPTION | 0 |
| disabled | OPTION | 0 |
| domainname | COMMAND | 1 |
| exec | COMMAND | 1 |
| export | COMMAND | 2 |
| group | OPTION | 0 |
| hostname | COMMAND | 1 |
| ifup | COMMAND | 1 |
| insmod | COMMAND | 1 |
| import | SECTION | 1 |
| keycodes | OPTION | 0 |
| mkdir | COMMAND | 1 |
| mount | COMMAND | 3 |
| on | SECTION | 0 |
| oneshot | OPTION | 0 |
| onrestart | OPTION | 0 |
| restart | COMMAND | 1 |
| rm | COMMAND | 1 |
| rmdir | COMMAND | 1 |
| service | SECTION | 0 |
| setenv | OPTION | 2 |
| setkey | COMMAND | 0 |
| setprop | COMMAND | 2 |
| setrlimit | COMMAND | 3 |
| socket | OPTION | 0 |
| start | COMMAND | 1 |
| stop | COMMAND | 1 |
| trigger | COMMAND | 1 |
| Symlink | COMMAND | 1 |
| sysclktz | COMMAND | 1 |
| user | OPTION | 0 |
| wait | COMMAND | 1 |
| write | COMMAND | 2 |
| copy | COMMAND | 2 |
| chown | COMMAND | 2 |
| chmod | COMMAND | 2 |
| loglevel | COMMAND | 1 |
| load_persist_props | COMMAND | 0 |
| ioprio | OPTION | 0 |
2.创建system_service进程
在init进程的启动过程中，比较重要的部分由孵化进程启动system_service进程，下面详细介绍一下这个部分。system_service进程将会为我们创建一些重要的Android核心服务，包括ActivityManagerService,PackageManagerService和PowerManagerService等，这些将成为应用程序的基础，并为应用程序提供必要的接口。
①创建流程
完成应用程序的初始化之后，init进程将创建一个名叫system_service的重要进程，而我们将在此进程中创建Android核心服务。下图显示了system_process进程以及核心服务的创建过程。
注解1：init进程会按顺序启动各种类型的服务（包括core和main）。首先启动core类型的服务。然后启动main类型的服务。由于孵化服务为main类型，所以它会在core类型的服务之后启动。因此，这里启动用于管理服务的服务——servicemanager。启动和入口如下所示。
❶启动：service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote--start-system-server
❷入口：/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp的main()函数。
注解2：此时转向/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp的start()函数。
注解3：启动代码如下：
jmethodId startMeth=env->GetStaticMethodID(startClass,"main",....);
env->CallStaticVoidMethod(startClass,startMeth,strArray);
此时转向com.android.internal.os.ZygoteInit的main()方法执行。
注解4：
❶加载frameworks下的preloaded-classes类。
❷加载framework-res.apk下的资源。
注解5：孵化进程的主要目的就是孵化出system_process进程，这个时候流程将转向/frameworks/base/services/Java/com/android/server/SystemServer.java的main()方法执行，而自身进入死循环成为守护进程。
注解6：init1()调用本地android_server_SystemServer_init1(/frameworks/base/services/jni/com_android_server_SystemServer.cpp)后，通过libAndroid_servers.So的system_init()函数启动两个服务并启动init2()、
注解7：这里启动并注册剩余的必需服务（比如包服务和Activity服务等）。最终会启动Launcher来到桌面，至此整个启动过程完成。
②system_service简介
system_service进程非常重要，它创建了许多重要的服务，那么如何加入system_service中并接受管理呢？具体如下面的代码所示：
try{
Slog.i(TAG,"Backup Service");
ServiceManager.addService(Context.BACKUP_SERVICE,new BackupManagerService(context));
}catch(Throwable e){
Slog.e(TAG,"Failure starting Backup Service",e);
}
以上代码展示了system_process如何将备份服务加入服务管理器中的，其中粗体部分的代码完成了两件事情：第一，创建备份服务；第二，使用ServiceManager的addService()方法将创建出来的备份服务实例加入服务管理器中加以管理。
下表列出了system_service的服务关键字等知识。
| 服务关键字 | 类 | 备注 |
| entropy | EntropyService | 熵服务 |
| power | PowerManagerService | 电源管理服务（Context.POWER_SERVICE） |
| activity | ActivityManagerService | Activity管理服务 |
| telephony.registry | TelephonyRegistry | 电话服务 |
| package | PackageManagerService | 包管理服务 |
| account | AccountManagerService | 账户管理服务（Context.ACCOUT_SERVICE） |
| battery | BatteryService | 电池服务 |
| vibrator | VibratorService | 振动服务 |
| alarm | AlarmManagerService | 报警服务（Context.ALARM_SERVICE） |
| window | WindowManagerService | 窗口服务(Context.WINDOW_SERVICE) |
| bluetooth | BluetoothService | 蓝牙服务（BluetoothAdapter.BLUETOOTH_SERVICE） |
| statusbar | StatusBarManagerService | 状态栏服务（Context.STATUS_BAR_SERVICE） |
| input_method | InputMethodManagerService | 输入法管理服务（Context.INPUT_METHOD_SERVICE） |
| location | LocationManagerService | 位置管理服务（Context.LOCATION_SERVICE） |
| wallpaper | WallpaperManagerService | 壁纸管理服务（Context.WALLPAPER_SERVICE） |
| audio | AudioService | 声音服务（Context.AUDIO_SERVICE） |
| user | UserManagerService | 用户管理服务（Context.USER_SERVICE） |
下面以获取声音服务为例介绍获取服务的方法：
AudioService as=(AudioService)context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
此时整个系统也就完成了启动工作，这也意味着我们可以开始使用Android设备了。