【Android学习】Android 启动过程中的1号进程init
系列文章目录
由于工作原因，需要通过一些安卓Demo来学习熟悉部门相关业务，配完环境后，看了下手头的电子书，内容很多，最近正好做一些学习笔记整理。
文章目录
- 系列文章目录
- 前言
- 一、Android基本架构（从为什么要学习Android系统）？
- 二、Android的启动流程（为什么要学习Android启动过程）?
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- 1. BOOT：
- 2. BootLoader：
- 3. Linuxn内核：
- 4. Zygote：
- 5. System Server:
- 6.Aapplication:
- 三、Android的启动流程（为什么要学习Android启动过程）?
前言
本文首先介绍Android的基本架构，接着介绍整体的启动流程，最后根据init进程所在的位置，展开介绍。
由于工作原因，需要通过一些安卓Demo来学习熟悉部门相关业务，配完环境后，看了下手头的电子书，内容很多，最近正好做一些学习笔记整理，我带大概分了下类：
- Android 系统——技术原理与核心机制
《Android技术内幕》、《深入理解Android》、《深入理解Android内核设计思想》 - Android 应用——四大组件与开发功能
《第一行代码》(快速了解如何上手一个APP)、《Android+APP开发入门》、《Android基础教程》 - Android 测试——测试工具与系统日志
《深入理解Android自动化测试》、《Android Log系统介绍》
Android是个很大的领域，相关书籍、博客、教程非常多，但是作为一个未接触过Android的小白，如此巨量的信息让我头疼不已，为了方便自己学习，同时也能帮助到其他类似的伙伴，我将自己的学习思路整理如下。也许笔记不会特别细致深入，但希望整理的内容能帮忙厘清思路。
一、Android基本架构（从为什么要学习Android系统）？
图1 Android基本架构
图1 是官方给出的Android基本架构，一般可以简单概括为：内核、系统库（把ART也算进去）、系统框架、系统应用四个大类，尽管分层清晰，但在我学习过程中，发现很多机制、服务深究起来，还是会横跨多个层。
从Linux操作系统的角度来看，第2层是内核空间与用户空间的分界线，第1层运行于内核空间，第2、3、4层次运行于用户空间。
- 应用层：应用是用java语言编写的运行在虚拟机上的程序，比如Email客户端，SMS短消息程序，日历等。
- 应用框架层：这一层是编写Google发布的核心应用时所使用的API框架，开发人员同样可以使用这些框架来开发自己的应用，这样便简化了程序开发的结构设计，但是必须要遵守其框架的开发原则。
系 - 系统运行库（C/C++库以及Android运行库）层：当使用Android应用框架时，Android系统会通过一些C/C++库来支持我们使用的各个组件，使其更好的为我们服务，比如其中的SQLite（关系数据库），Webkit（Web浏览器引擎）。
- Linux内核层：Android的核心系统服务给予Linux2.6内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等都依赖于该内核。
通过Android的系统架构，也可以看出在针对应用开发、系统开发、驱动开发时需要了解哪些知识：
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Linux知识：Android是基于Linux内核的，编译Android源码也必须在Linux上，所以必须掌握Linux的基础知识（操作区别、简单指令、进程等）。
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C/C++知识：Android大部分核心库是C/C++的动态链接库，系统大部分隐藏API都是在这里面的。
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Java知识：Android是80%的Java package，IDE和语言都是Java，尤其是多线程、I/O流、面向对象思想、http和socket网络等。
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T-SQL知识（可以只是基础的增删改查和子查询）。
图2 Android基本架构对应的工作领域个人思考： Android的架构就像是一个总纲和字典，测试人员（感觉开发一样）根据需要随时翻看，虽然没有开发人员聚焦深入，但是广度要求比较高。
Android 系统框架可参考外网博文：Android 操作系统架构开篇-Gityuan
二、Android的启动流程（为什么要学习Android启动过程）?
如图所示， Android启动中有很多资源需要逐步加载，进而一步一步从底层走向我们熟知的界面。
图3 Android启动基本流程
1. BOOT：
启动ROM代码从预先定义的位置开始执行。
它将引导加载程序加载到RAM中并开始执行。这是为了确定在何处找到引导加载程序的第一阶段。一旦引导媒体序列建立，引导ROM将尝试加载第一阶段的引导加载程序到内部RAM。一旦引导加载程序就位，引导ROM代码将执行跳转并继续在引导加载程序中执行。
2. BootLoader：
类似于BIOS系统，包含两个阶段：1、是检测外部RAM，2、是帮助加载程序。
在第二个阶段Bootloader设置网络、内存等需要运行内核的时候，Bootloader可以为内核提供特定目的的配置参数或输入，这可能包含用于设置文件系统、额外内存、网络支持和其他内容的代码。一旦引导加载程序完成了任何特殊任务，它就会寻找要引导的Linux内核。它将从引导媒体(或其他取决于系统配置的源)加载此文件，并将其放在RAM中。它还将在内存中放置一些引导参数，以便内核在启动时读取。
3. Linuxn内核：
Linux内核在Android上启动的方式与在其他系统上类似。
它将设置系统运行所需的一切。初始化中断控制器，设置内存保护，缓存和调度。一旦内存管理单元和缓存被初始化，系统将能够使用虚拟内存并启动用户空间进程。 内核将在根文件系统中查找init进程(在Android开源树的system/core/init下找到)，并将其作为初始用户空间进程启动。
init进程有两个任务：
1、挂载挂载目录。参考： 史上最详细linux启动过程讲解—没有之一 ；
2、运行init.rc脚本（安卓命令）：Android init.rc文件详解_。
严格讲，Android实际是运行于Linux内核上的一系列服务进程，而这些进程则是通过init逐步开启的。在 linux的init的基础上，通过解析一init.rc脚本，执行 开启android需要的一系列服务。
4. Zygote：
Zygote是第一个虚拟机进程，是一个应用程序，原名为app_process，在启动中被修改Zygote。
单独的虚拟机(VMs)实例会在内存中为单独的应用程序弹出，在Android应用程序应该尽快启动的情况下，如果Android os为每个应用程序启动不同的Dalvik VM实例，那么它会消耗大量的内存和时间。因此直接通过Fork一个原始的虚拟机(Zygote)，则可以快速得到多个虚拟机，这也是为什么使用Zygote。如图4所示。
图4 Zygote与其他应用进程的共享内存
Zygote有两个作用： 创建SystremServer; 孵化应用进程。
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Zygote进程预加载系统资源后，然后通过它孵化出其他的虚拟机进程，进而共享虚拟机内存和框架层资源，这样大幅度提高应用程序的启动和运行速度。
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Zygote进行fork的时候要是单线程，为了避免造成死锁或者状态不一致等问题
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Zygote的跨进程通信没有采用Binder机制，而是采用本地socket
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fork其他进程使用Zygote，而非systermserver，是因为Systemserver包含很多应用服务，应用程序不能继承。
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Zygote的IPC通信机制采用的是Socket而不是binder。
具体参考：谈谈对Android中Zygote的理解-(知乎)
5. System Server:
进程名为systerm_server，可以说是Zygote的长子。
- SystemsSever进程通过fork后，调用zygoteInitNative，与Binder通信建立联系。
- 调用com.android.server.SystemServer的main函数，启动全系统的各项服务。
图5 SystemServer的启动（《深入理解Android》第四章Zygote）
6.Aapplication:
一般我们是通过桌面->图标->启动APP，这个过程涉及“三进程，六大类”。
首先，一开始看到的桌面，同样是一个Activity进程，是系统启动后，首先Lancher的一个进程，主要用于展现界面以及听用户的输入。显示桌面视图的Activity是com.xxxx(系统版本).home包下的名为Launcher的Activity。
应用启动中，由于Launcher是Activity，那点击桌面的事件可以表达为：呈现Android桌面视图（View）->点击View上某个应用图标->产生点击事件->点击事件被响应->通知Android系统的某个/某些进程->Android系统执行某些操作->启动App。
图6 APP启动流程
启动中的三大进程与六个大类如图6所示：
三大进程
- Launcher进程：整个App启动流程的起点，负责接收用户点击屏幕事件，它其实就是一个Activity，里面实现了点击事件，长按事件，触摸等事件，可以这么理解，把Launcher想象成一个总的Activity，屏幕上各种App的Icon就是这个Activity的button，当点击Icon时，会从Launcher跳转到其他页面。
- SystemServer进程：这个进程在整个的Android进程中是非常重要的一个，地位和Zygote等同，它是属于Application Framework层的，Android中的所有服务，例如AMS, WindowsManager, PackageManagerService等等都是由这个SystemServer fork出来的。
- App进程：你要启动的App所运行的进程。
六个大类：
- ActivityManagerService：（AMS）AMS是Android中最核心的服务之一，主要负责系统中四大组件的启动、切换、调度及应用进程的管理和调度等工作，其职责与操作系统中的进程管理和调度模块相类似，因此它在Android中非常重要，它本身也是一个Binder的实现类。
- Instrumentation：监控应用程序和系统的交互。
- ActivityThread：应用的入口类，通过调用main方法，开启消息循环队列。ActivityThread所在的线程被称为主线程。
- ApplicationThread：ApplicationThread提供Binder通讯接口，AMS则通过代理调用此App进程的本地方法。
- ActivityManagerProxy：AMS服务在当前进程的代理类，负责与AMS通信。Applicati
- onThreadProxy：ApplicationThread在AMS服务中的代理类，负责与ApplicationThread通信。
具体内容可以参考：Android App启动流程详解_mysimplelove的博客-CSDN博客_android app启动流程
采用博客中的总结（APP启动）：
- 启动的起点发生在Launcher活动中，启动一个app说简单点就是启动一个Activity，那么我们说过所有组件的启动，切换，调度都由AMS来负责的，所以第一步就是Launcher响应了用户的点击事件，然后通知AMS；
- AMS得到Launcher的通知，就需要响应这个通知，主要就是新建一个Task去准备启动Activity，并且告诉Launcher你可以休息了（Paused）；
- Launcher得到AMS让自己“休息”的消息，那么就直接挂起，并告诉AMS我已经Paused了；
- AMS知道了Launcher已经挂起之后，就可以放心的为新的Activity准备启动工作了，首先，APP肯定需要一个新的进程去进行运行，所以需要创建一个新进程，这个过程是需要Zygote参与的，AMS通过Socket去和Zygote协商，如果需要创建进程，那么就会fork自身，创建一个线程，新的进程会导入ActivityThread类，这就是每一个应用程序都有一个ActivityThread与之对应的原因；
- 进程创建好了，通过调用上述的ActivityThread的main方法，这是应用程序的入口，在这里开启消息循环队列，这也是主线程默认绑定Looper的原因；
- 这时候，App还没有启动完，要永远记住，四大组建的启动都需要AMS去启动，将上述的应用进程信息注册到AMS中，AMS再在堆栈顶部取得要启动的Activity，通过一系列链式调用去完成App启动；
三、Android的启动流程（为什么要学习Android启动过程）?
通过学习Android的整体启动流程，我们可以看到，init最重要的就是创建Zygtoe进程（ServiceManager也很重要与Binder通信机制相关），从而进入Android世界，可以说init是衔接Linux内核与Android的重要节点，是这两个世界的分界线。
图7 Init进程的主要操作
init.rc是一系列操作命令，用于开启一系列重要的服务。服务本质是可执行程序，在命令特定项约束下，被init程序运行或者重启。init中陆续启动ServiceManager，Zygote， SystemServer。
到此为止，虽然没有对init这个1号进程展开非常详细的学习，但目前已经掌握init在整个启动中的位置与意义。
具体每个细节与技术（如：Zygote、Servicemanager、SystemService）在后续分别学习各个模块时展开。
init的源码学习可以参考： Android的init过程详解（一） - 银河使者 - 博客园
图8 RC命令主要操作（《深入理解Android内核设计思想第7章》）