Android开机动画启动流程

首语

在Android设备开机启动时，会展示Android开机动画，用于增加用户体验和展示设备品牌等信息。它也是Android系统启动的一部分。开机动画是由bootanimation负责的，因此首先先了解下bootanimation是如何启动的。

bootanimation 启动脚本分析

init进程中第二阶段(SecondStageMain)的主要工作有初始化属性服务，加载启动脚本，解析init.rc文件等。

源码路径：system/core/init/init.cpp

int SecondStageMain(int argc, char** argv) {
    ...
    LoadBootScripts(am, sm);
    ...
}
static void LoadBootScripts(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
    Parser parser = CreateParser(action_manager, service_list);

    std::string bootscript = GetProperty("ro.boot.init_rc", "");
    if (bootscript.empty()) {
        parser.ParseConfig("/system/etc/init/hw/init.rc");
        if (!parser.ParseConfig("/system/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/system/etc/init");
        }
        // late_import is available only in Q and earlier release. As we don't
        // have system_ext in those versions, skip late_import for system_ext.
        parser.ParseConfig("/system_ext/etc/init");
        if (!parser.ParseConfig("/vendor/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/vendor/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/odm/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/odm/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/product/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/product/etc/init");
        }
    } else {
        parser.ParseConfig(bootscript);
    }
}

在init.rc文件中，可以看到通过class_start来启动 classname 为 core 的 Service。在bootanimation.rc文件中，可以清楚看到Service name为bootanim，执行程序路径为：/system/bin/bootanimation，类名：core。disabled表示系统启动时，不会自动启动bootanimation。那是谁启动bootanimation呢？

SurfaceFlinger它负责管理图形内容的渲染，并将多个图层（包括应用程序窗口、系统UI元素和硬件覆盖层）合成到设备的屏幕上。所以首先需要启动SurfaceFlinger，开机动画的渲染和合成是它完成的，继续分析SurfaceFlinger启动流程。

源码路径：system/core/rootdir/init.rc

...
    # Start standard binderized HAL daemons
    class_start hal

    class_start core
...

源码路径：frameworks/base/cmds/bootanimation/bootanim.rc

service bootanim /system/bin/bootanimation
    class core animation
    user graphics
    group graphics audio
    disabled
    oneshot
    ioprio rt 0
    task_profiles MaxPerformance

SurfaceFlinger启动流程

而surfaceflinger.rc文件中，可以清楚看到Service name为surfaceflinger，执行程序路径为：/system/bin/surfaceflinger，类名：core。

因此，可以知道SurfaceFlinger是在init进程启动第二阶段进行启动的。

源码路径：frameworks/native/services/surfaceflinger/surfaceflinger.rc

service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger
    class core animation
    user system
    group graphics drmrpc readproc
    capabilities SYS_NICE
    onrestart restart --only-if-running zygote
    task_profiles HighPerformance
    socket pdx/system/vr/display/client     stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_client_endpoint_socket:s0
    socket pdx/system/vr/display/manager    stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_manager_endpoint_socket:s0
    socket pdx/system/vr/display/vsync      stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_vsync_endpoint_socket:s0

看下SurfaceFlinger的main函数，创建了SurfaceFlinger并且初始化，调用StartPropertySetThread的Start函数。

源码路径：frameworks/native/services/surfaceflinger/main_surfaceflinger.cpp

int main(int, char**) {
    ...
    // instantiate surfaceflinger
    sp<SurfaceFlinger> flinger = surfaceflinger::createSurfaceFlinger();
    ...
    // initialize before clients can connect
    flinger->init();
    ...
}

源码路径：frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::init() {
    ...
    mStartPropertySetThread = getFactory().createStartPropertySetThread(presentFenceReliable);

    if (mStartPropertySetThread->Start() != NO_ERROR) {
        ALOGE("Run StartPropertySetThread failed!");
    }
    ...
}

可以看到将系统属性service.bootanim.exit/service.bootanim.progress设置为0，并将ctl.start设置为bootanim，当系统属性发生改变时，init进程就会接收到一个系统属性变化通知，这个通知最终是由在init进程中的函数handle_property_set_fd来处理的。设置ctl.start表示启动一个服务，这样bootanimation就被启动了。

源码路径：frameworks/native/services/surfaceflinger/StartPropertySetThread.cpp

status_t StartPropertySetThread::Start() {
    return run("SurfaceFlinger::StartPropertySetThread", PRIORITY_NORMAL);
}

bool StartPropertySetThread::threadLoop() {
    // Set property service.sf.present_timestamp, consumer need check its readiness
    property_set(kTimestampProperty, mTimestampPropertyValue ? "1" : "0");
    // Clear BootAnimation exit flag
    property_set("service.bootanim.exit", "0");
    property_set("service.bootanim.progress", "0");
    // Start BootAnimation if not started
    property_set("ctl.start", "bootanim");
    // Exit immediately
    return false;
}

bootanimation启动流程

分析bootanimation的main函数，首先判断是否禁用了启动动画，没有则创建一个binder线程池，再创建BootAnimation，等待SurfaceFlinger启动完成。

源码路径：frameworks/base/cmds/bootanimation/bootanimation_main.cpp

int main()
{
    setpriority(PRIO_PROCESS, 0, ANDROID_PRIORITY_DISPLAY);
	//是否禁用了启动动画
    bool noBootAnimation = bootAnimationDisabled();
    ALOGI_IF(noBootAnimation,  "boot animation disabled");
    if (!noBootAnimation) {
		//创建binder线程池
        sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
        ProcessState::self()->startThreadPool();

        // create the boot animation object (may take up to 200ms for 2MB zip)
        sp<BootAnimation> boot = new BootAnimation(audioplay::createAnimationCallbacks());

        waitForSurfaceFlinger();

        boot->run("BootAnimation", PRIORITY_DISPLAY);

        ALOGV("Boot animation set up. Joining pool.");

        IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
    }
    return 0;
}

源码路径：frameworks/base/cmds/bootanimation/BootAnimationUtil.cpp

bool bootAnimationDisabled() {
    char value[PROPERTY_VALUE_MAX];
    //启动动画调试模式
    property_get("debug.sf.nobootanimation", value, "0");
    if (atoi(value) > 0) {
        return true;
    }

    property_get("ro.boot.quiescent", value, "0");
    if (atoi(value) > 0) {
        // Only show the bootanimation for quiescent boots if this system property is set to enabled
        //禁用启动动画
        if (!property_get_bool("ro.bootanim.quiescent.enabled", false)) {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

void waitForSurfaceFlinger() {
    // TODO: replace this with better waiting logic in future, b/35253872
    int64_t waitStartTime = elapsedRealtime();
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
    const String16 name("SurfaceFlinger");
    const int SERVICE_WAIT_SLEEP_MS = 100;
    const int LOG_PER_RETRIES = 10;
    int retry = 0;
    while (sm->checkService(name) == nullptr) {
        retry++;
        if ((retry % LOG_PER_RETRIES) == 0) {
            ALOGW("Waiting for SurfaceFlinger, waited for %" PRId64 " ms",
                  elapsedRealtime() - waitStartTime);
        }
        usleep(SERVICE_WAIT_SLEEP_MS * 1000);
    };
    int64_t totalWaited = elapsedRealtime() - waitStartTime;
    if (totalWaited > SERVICE_WAIT_SLEEP_MS) {
        ALOGI("Waiting for SurfaceFlinger took %" PRId64 " ms", totalWaited);
    }
}

BootAnimation类有几个重要函数

• onFirstRef()，属于父类RefBase，它用于实现引用计数的对象管理，新增引用计数时调用。
• binderDied() ，Binder结束时，就会回调binderDied()方法。
• readyToRun() ，Thread执行前的初始化工作。
• threadLoop() ，线程根据逻辑是否循环执行。
• android()，显示系统默认的开机画面。
• movie()，显示用户自定义的开机动画。
• loadAnimation()，加载动画。
• playAnimation()，播放动画。
• checkExit()，检查是否退出动画。

源码路径：frameworks/base/cmds/bootanimation/BootAnimation.h

private:
    virtual bool        threadLoop();
    virtual status_t    readyToRun();
    virtual void        onFirstRef();
    virtual void        binderDied(const wp<IBinder>& who);
	...
	//系统默认的开机画面
	bool android();
	//用户自定义的开机动画
    bool movie();
	...
    //加载动画
	Animation* loadAnimation(const String8&);
	//播放动画
    bool playAnimation(const Animation&);
    void releaseAnimation(Animation*) const;
    bool parseAnimationDesc(Animation&);
    bool preloadZip(Animation &animation);
    void findBootAnimationFile();
    bool findBootAnimationFileInternal(const std::vector<std::string>& files);
    bool preloadAnimation();
    EGLConfig getEglConfig(const EGLDisplay&);
    ui::Size limitSurfaceSize(int width, int height) const;
    void resizeSurface(int newWidth, int newHeight);
    void projectSceneToWindow();

    bool shouldStopPlayingPart(const Animation::Part& part, int fadedFramesCount,
                               int lastDisplayedProgress);
	//检查是否退出动画
    void checkExit();

BootAnimation构造函数中，创建了SurfaceComposerClient，mSession用来和SurfaceFlinger执行Binder进程间通信，执行linkToComposerDeath方法用于获取SurfaceFlinger死亡通知,preloadAnimation方法开始加载动画，首先去查询动画文件，动画文件的存放位置如代码中定义所示。动画文件是按照指定位置顺序读取，如果读取到当前位置动画文件，则不读取后续动画文件。

源码路径：frameworks/base/cmds/bootanimation/BootAnimation.cpp

static const char OEM_BOOTANIMATION_FILE[] = "/oem/media/bootanimation.zip";
static const char PRODUCT_BOOTANIMATION_DARK_FILE[] = "/product/media/bootanimation-dark.zip";
static const char PRODUCT_BOOTANIMATION_FILE[] = "/product/media/bootanimation.zip";
static const char SYSTEM_BOOTANIMATION_FILE[] = "/system/media/bootanimation.zip";
static const char APEX_BOOTANIMATION_FILE[] = "/apex/com.android.bootanimation/etc/bootanimation.zip";
static const char PRODUCT_ENCRYPTED_BOOTANIMATION_FILE[] = "/product/media/bootanimation-encrypted.zip";
static const char SYSTEM_ENCRYPTED_BOOTANIMATION_FILE[] = "/system/media/bootanimation-encrypted.zip";
static const char OEM_SHUTDOWNANIMATION_FILE[] = "/oem/media/shutdownanimation.zip";
static const char PRODUCT_SHUTDOWNANIMATION_FILE[] = "/product/media/shutdownanimation.zip";
static const char SYSTEM_SHUTDOWNANIMATION_FILE[] = "/system/media/shutdownanimation.zip";

static constexpr const char* PRODUCT_USERSPACE_REBOOT_ANIMATION_FILE = "/product/media/userspace-reboot.zip";
static constexpr const char* OEM_USERSPACE_REBOOT_ANIMATION_FILE = "/oem/media/userspace-reboot.zip";
static constexpr const char* SYSTEM_USERSPACE_REBOOT_ANIMATION_FILE = "/system/media/userspace-reboot.zip";

BootAnimation::BootAnimation(sp<Callbacks> callbacks)
        : Thread(false), mLooper(new Looper(false)), mClockEnabled(true), mTimeIsAccurate(false),
        mTimeFormat12Hour(false), mTimeCheckThread(nullptr), mCallbacks(callbacks) {
    mSession = new SurfaceComposerClient();

    std::string powerCtl = android::base::GetProperty("sys.powerctl", "");
    if (powerCtl.empty()) {
        mShuttingDown = false;
    } else {
        mShuttingDown = true;
    }
    ALOGD("%sAnimationStartTiming start time: %" PRId64 "ms", mShuttingDown ? "Shutdown" : "Boot",
            elapsedRealtime());
}
void BootAnimation::onFirstRef() {
    //接收SurfaceFlinger死亡通知
    status_t err = mSession->linkToComposerDeath(this);
    SLOGE_IF(err, "linkToComposerDeath failed (%s) ", strerror(-err));
    if (err == NO_ERROR) {
        // Load the animation content -- this can be slow (eg 200ms)
        // called before waitForSurfaceFlinger() in main() to avoid wait
        ALOGD("%sAnimationPreloadTiming start time: %" PRId64 "ms",
                mShuttingDown ? "Shutdown" : "Boot", elapsedRealtime());
        preloadAnimation();
        ALOGD("%sAnimationPreloadStopTiming start time: %" PRId64 "ms",
                mShuttingDown ? "Shutdown" : "Boot", elapsedRealtime());
    }
}
bool BootAnimation::preloadAnimation() {
    findBootAnimationFile();
    if (!mZipFileName.isEmpty()) {
        //加载动画
        mAnimation = loadAnimation(mZipFileName);
        return (mAnimation != nullptr);
    }

    return false;
}
void BootAnimation::findBootAnimationFile() {
    // If the device has encryption turned on or is in process
    // of being encrypted we show the encrypted boot animation.
    char decrypt[PROPERTY_VALUE_MAX];
    property_get("vold.decrypt", decrypt, "");

    bool encryptedAnimation = atoi(decrypt) != 0 ||
        !strcmp("trigger_restart_min_framework", decrypt);

    if (!mShuttingDown && encryptedAnimation) {
        static const std::vector<std::string> encryptedBootFiles = {
            PRODUCT_ENCRYPTED_BOOTANIMATION_FILE, SYSTEM_ENCRYPTED_BOOTANIMATION_FILE,
        };
        if (findBootAnimationFileInternal(encryptedBootFiles)) {
            return;
        }
    }

    const bool playDarkAnim = android::base::GetIntProperty("ro.boot.theme", 0) == 1;
    static const std::vector<std::string> bootFiles = {
        APEX_BOOTANIMATION_FILE, playDarkAnim ? PRODUCT_BOOTANIMATION_DARK_FILE : PRODUCT_BOOTANIMATION_FILE,
        OEM_BOOTANIMATION_FILE, SYSTEM_BOOTANIMATION_FILE
    };
    static const std::vector<std::string> shutdownFiles = {
        PRODUCT_SHUTDOWNANIMATION_FILE, OEM_SHUTDOWNANIMATION_FILE, SYSTEM_SHUTDOWNANIMATION_FILE, ""
    };
    static const std::vector<std::string> userspaceRebootFiles = {
        PRODUCT_USERSPACE_REBOOT_ANIMATION_FILE, OEM_USERSPACE_REBOOT_ANIMATION_FILE,
        SYSTEM_USERSPACE_REBOOT_ANIMATION_FILE,
    };

    if (android::base::GetBoolProperty("sys.init.userspace_reboot.in_progress", false)) {
        findBootAnimationFileInternal(userspaceRebootFiles);
    } else if (mShuttingDown) {
        findBootAnimationFileInternal(shutdownFiles);
    } else {
        findBootAnimationFileInternal(bootFiles);
    }
}
bool BootAnimation::findBootAnimationFileInternal(const std::vector<std::string> &files) {
    for (const std::string& f : files) {
        if (access(f.c_str(), R_OK) == 0) {
            mZipFileName = f.c_str();
            return true;
        }
    }
    return false;
}
BootAnimation::Animation* BootAnimation::loadAnimation(const String8& fn) {
    if (mLoadedFiles.indexOf(fn) >= 0) {
        SLOGE("File \"%s\" is already loaded. Cyclic ref is not allowed",
            fn.string());
        return nullptr;
    }
    ZipFileRO *zip = ZipFileRO::open(fn);
    if (zip == nullptr) {
        SLOGE("Failed to open animation zip \"%s\": %s",
            fn.string(), strerror(errno));
        return nullptr;
    }

    ALOGD("%s is loaded successfully", fn.string());

    Animation *animation =  new Animation;
    animation->fileName = fn;
    animation->zip = zip;
    animation->clockFont.map = nullptr;
    mLoadedFiles.add(animation->fileName);
	//解析动画文件
    parseAnimationDesc(*animation);
    if (!preloadZip(*animation)) {
        releaseAnimation(animation);
        return nullptr;
    }

    mLoadedFiles.remove(fn);
    return animation;
}
bool BootAnimation::parseAnimationDesc(Animation& animation)  {
    String8 desString;

    if (!readFile(animation.zip, "desc.txt", desString)) {
        return false;
    }
    char const* s = desString.string();
    std::string dynamicColoringPartName = "";
    bool postDynamicColoring = false;

    // Parse the description file
    ...
}

bootanimation.zip

动画文件的压缩包里都存在一个动画配置文件desc.txt，它是描述开机动画是如何显示的。我们以device/google/atv/products/bootanimations/bootanimation.zip动画压缩包为例进行分析，它是AndroidTV存储动画文件的路径。desc.txt内容如下：

第1行用来描述开机动画在屏幕显示的大小及帧率。这个定义指示 bootanimation 的播放分辨率为 512x416 像素，帧率为 60 帧/秒。分辨率定义了动画的宽度和高度，而帧率定义了动画播放的流畅程度，即每秒播放的帧数。

第2行c：表示清除命令。1：表示清除的起始帧。0：表示清除的结束帧。part0：表示需要清除的动画帧所在的文件夹路径。这个定义指示在播放动画时，从指定的文件夹 part0 中清除第 1 帧。这样可以控制在播放过程中是否清除特定的帧，以实现动画效果的变化或平滑的过渡效果。3-5行同理。

最后一行f：表示循环命令。0：表示循环的起始帧。0：表示循环的结束帧。part4：表示需要循环的动画帧所在的文件夹路径。10：表示循环次数。该行指示在播放动画时，从指定的文件夹中的起始帧到结束帧之间的帧进行循环播放，重复播放 10 次。

512 416 60
c 1 0 part0
c 1 15 part1
c 1 0 part2
c 1 0 part3
f 0 0 part4 10

动画配置文件还有指定播放顺序的，例如如下的配置，p：表示播放顺序命令。1：表示播放的顺序。0：表示播放的循环次数。0 表示无限循环。folder1：表示动画帧所在的文件夹路径。根据这个定义，folder1 是一个目录，包含了一组 bootanimation 动画帧文件。该行指示在播放动画时，按照顺序从 folder1 目录中加载帧并进行播放。

p 1 0 folder1 

加载动画执行完成后，接下来会执行主体函数threadLoop，首先判断自定义开机动画文件是否存在，如果不存在则执行Android方法，否则执行自定义动画Movie方法。Android和Movie方法最后都返回false。因此threadloop也返回false，代表代码只执行一次。最后获取service.bootanim.exit属性，如果值为1，循环就会退出，开机动画就会结束。service.bootanim.exit属性是在AMS中被修改为1的，在后面AMS中会讲到。

static const char EXIT_PROP_NAME[] = "service.bootanim.exit";
bool BootAnimation::threadLoop() {
    bool result;
    initShaders();

    // We have no bootanimation file, so we use the stock android logo
    // animation.
    if (mZipFileName.isEmpty()) {
        ALOGD("No animation file");
        //系统默认开机画面
        result = android();
    } else {
        //自定义开机动画显示
        result = movie();
    }

    mCallbacks->shutdown();
    eglMakeCurrent(mDisplay, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_CONTEXT);
    eglDestroyContext(mDisplay, mContext);
    eglDestroySurface(mDisplay, mSurface);
    mFlingerSurface.clear();
    mFlingerSurfaceControl.clear();
    eglTerminate(mDisplay);
    eglReleaseThread();
    IPCThreadState::self()->stopProcess();
    return result;
}

bool BootAnimation::android() {
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);

    SLOGD("%sAnimationShownTiming start time: %" PRId64 "ms", mShuttingDown ? "Shutdown" : "Boot",
            elapsedRealtime());
    //android-logo-mask.png和android-logo-shine.png保存在frameworks/base/core/res/assets/images/路径下
    initTexture(&mAndroid[0], mAssets, "images/android-logo-mask.png");
    initTexture(&mAndroid[1], mAssets, "images/android-logo-shine.png");

    mCallbacks->init({});
   	...
    return false;
}
bool BootAnimation::movie() {
    if (mAnimation == nullptr) {
        mAnimation = loadAnimation(mZipFileName);
    }

    if (mAnimation == nullptr)
        return false;
	...
    playAnimation(*mAnimation);
    releaseAnimation(mAnimation);
    mAnimation = nullptr;

    return false;
}
bool BootAnimation::playAnimation(const Animation& animation) {
    ...
    checkExit();
}
void BootAnimation::checkExit() {
    // Allow surface flinger to gracefully request shutdown
    char value[PROPERTY_VALUE_MAX];
    property_get(EXIT_PROP_NAME, value, "0");
    int exitnow = atoi(value);
    if (exitnow) {
        requestExit();
    }
}

总结

init进程是Android系统中的第一个用户空间进程。它负责启动各个系统服务和应用程序。在init进程启动过程中，SurfaceFlinger也被启动，SurfaceFlinger是Android中的显示系统服务，负责管理屏幕显示和图形渲染。开机动画需要使用SurfaceFlinger来显示。然后bootanimation也启动，进行开机动画的播放。bootanimation.zip中包含动画文件和动画配置文件。最终，当所有系统服务和应用程序启动完毕，开机动画结束，进入系统主界面。