对android底层的研究【Android】

我将从以下几方面简单说明：

1.系统架构 -- >2.系统的启动 --> 3.开机时的时间消耗 -->4.安卓工程的启动过程

一.系统架构

   一)系统分层：（由下向上）

   1、安卓系统分为四层，分别是Linux内核层、Libraries层、FrameWork层，以及Applications层；
      其中Linux内核层包含了Linux内核和各种驱动；
      Libraries层包含各种类库（动态库（也叫共享库）、android运行时库、Dalvik虚拟机），编程语言主要为C或C++
      FrameWork层大部分使用java语言编写，是android平台上Java世界的基石
      Applications层是应用层，我们在这一层进行开发，使用java语音编写
   2、Dalvik VM和传统JVM的区别：
      传统的JVM：编写.java文件  编译为.class文件  打包成.jar文件
      Dalvik VM： 编写.java文件  编译为.class文件  打包成.dex文件  打包成.apk文件(通过dx工具),将所有的类整合到一个文件中，提高了效率。更适合在手机上运行

   系统分层对应如下：
       FrameWork层  --------  Java世界
       Libraries层  --------  Native世界
       Linux内核层  --------  Linux OS

  Java世界和Native世界间的通信是通过JNI层
  JNI层和Native世界都可以直接调用系统底层

   二)系统编译

   1、主要步骤：系统环境的准备，下载源码、编译源码、输出结果：
      目前系统的编译环境只支持Ubuntu 以及 Mac OS 两种操作系统，磁盘的空间要足够大,在下载源码的时候，由于Android源码使用Git进行管理,需要下载一些工具，如apt-get install git-core curl
      源码下载好后，进行编译：首先搭建环境，部署JDK（不同的源码编译时需要的JDK版本不同，如2.2需要JDK5，2.3需要1.6），
      然后设置编译环境：使用. build/envsetup.sh脚本；选择编译目标（可以根据自己需要的版本进行不同的搭配）
      最后通过make –j4的命令进行编译。（make是编译的函数即命令，j4指的是cpu处理器的核数：单核的是j4 x i；双核的是j8）
      最后将编译好的结果进行输出：所有的编译产物都位于 /out 目录下

   2、编译流程图

        

二.系统的启动

    一)启动流程

     1、init进程：——安卓世界第一个被启动的进程
        加载一堆配置文件，核心加载的init.rc配置文件，其中包含了孵化器和守护进程都被开启了
        1）启动服务：开启ServerManager
           守护进程启动（Daemon Process）：/system/bin/servicemanager
           守护的是：
           ①、Java世界的开启：onrestart  restart  zygote
           ②、多媒体的装载：onrestart  restart  media
           ③、adbd的守护也被开启起来了，即调试桥的守护进程也被开启起来了
        2）启动孵化器Zygote
           在app_main中启动孵化器Zygote，整个安卓世界中（包括framework和app等apk）都是由孵化器启动的
       【此时虚拟机还没开启起来，只是配置了一些vm的参数】
     2、app_main：——开启孵化器
        在app_main中，调用AppRuntime的start方法，将Native层的右上角有一块区域，即ANDROID RUNTIME启动起来
        其中的start方法实际是其父类AndroidRuntime的start方法
       【此时VM虚拟机被开启起来了，通过start方法开启，在AndroidRuntime中并设置了默认的内存大小16M】
       【注册JNI，并启动孵化器Zygote】
     3、ZygoteInit开启
        AppRuntime被启动后，会调用ZygoteInit的main方法，启动ZygoteInit；
        然后，整个的APPLICATION 和FRAMEWORK都会由ZygoteInit带起来的
     4、SystemServer启动：
        ZygoteInit调用SystemServer这个类，在SystemServer的main方法中启动init1()方法，将system_init.cpp开启起来
        在init1()方法中，将整个Native世界开启起来了
     5、ServerThread启动（开启framework层）
        调用SystemServer的init2()方法开启ServerThread，通过ServerThread将framework层开启起来（所有的就全部开启起来了）
        此时ActivityManager，WindowManager，PackageManager（最主要，所有的清单文件及apk都有它管理）等等framework层全部开启起来

    二)具体介绍

      1、启动入口：init进程
        源码位置：/system/core/init/init.c
        进程入口：main方法
        1）创建文件夹，挂载设备【通过mkdir的命令创建，挂载一些系统设备后】
        2）重定向输入输出，如错误信息输出【设置了一些输入输出的处理】
        3）设置日志输出【一些系统的日志】
        4）init.rc系统启动的配置文件【加载了相关的信息，不同版本的手机所特有的配置信息】
        文件位置：/system/core/rootdir
        守护进程启动（Daemon Process）：/system/bin/servicemanager
        守护的是:
        Java世界的开启：onrestart  restart  zygote
        多媒体的装载：onrestart  restart  media
        adb守护也被开启起来了，即调试桥（adb[Android Debug Bridge]）的守护进程（adbd[Android Debug Bridge Daemon]）也被开启起来了
        启动Zygote——app_main.cpp【Zygote是整个java世界的基础】
        当编译之后，在system/bin/app_process下会有孵化器的启动Xzygote
        守护进程被开启之后，紧接着Zygote也被启动起来了
        5）解析和当前设备相关的配置信息（/init.%s.rc）
            Tips：
               当解析完init.rc和设备配置信息后会获取到一系列Action
               Init将动作的执行划分为四个阶段（优先级由大到小）:
                                      early-init  ：初期
                                      Init   ：初始化阶段
                                      early-boot ：系统启动的初期
                                      boot   ：系统启动
        6）处理动作执行：这个阶段Zygote将被启动
        7）无限循环阶段，等待一些事情发生

    2、Zygote简介：
      Zygote启动：app_main.cpp
      1）Zygote简介：
         ①、本身为Native的应用程序
         ②、由init进程通过init.rc加载
      2）功能分析：
         ①、Main方法中AppRuntime.start(),工作由父类AndroidRuntime来完成
         ②、在AndroidRuntime中开启了如下内容：
            @startVM——开启虚拟机（查看堆内存设置）：默认16M【】
            @注册JNI函数【此时还在Native层，需要将连接java和c的桥（即JNI）搭建好】
            @启动“com.android.internal.os.ZygoteInit”的main方法
             【系统级别的包（由runtime的start方法开启的这个包）】
              start方法实际是其父类AndroidRuntime的
            @进入java世界的入口

    3、ServiceThread的简介：（java世界所做的事情）
      1）preloadClasses();：预加载class
         读取一个preloaded-classes的配置文件
         此文件的内容非常多，这就是安卓系统启动慢的原因之一
         此时会有一个垃圾回收的操作gc()，将无用的回收掉
      2）ZygoteInit在main方法中利用JNI开启com.android.server.SystemServer
      3）启动system_init.cpp处理Native层的服务
      4）然后调用SystemServer的init2()
      5）启动ServiceThread，启动android服务
      6）Launcher启动

三.开机时的时间消耗

    1、ZygoteInit.main()中会预加载类
       目录：framework/base/preload-class
       ZygoteInit.main()会加载很多的类，将近1800多个（安卓2.3的）
    2、开机时会对系统所有的apk进行扫描
       需要将所有的应用展现给用户，就需要对apk进行扫描，扫描所有的包
       data目录下有个apk的包
       system目录下有个apk的包
       framework目录下也有相关的包
    3、SystemServer创建的那些Service

四.安卓工程的启动过程

    1、Eclipse将.java源文件编译成.class
    2、使用dx工具将所有.class文件转换为.dex文件
    3、再将.dex文件和所有资源打包成.apk文件
    4、将.apk文件安装到虚拟机完成程序安装
    5、启动程序 – 开启进程 – 开启主线程
    6、创建Activity对象 – 执行OnCreate()方法
    7、按照main.xml文件初始化界面