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Android的启动速度一直以来是他的诟病,虽然现在Android设备的硬件速度越来越快,但是随着新版本的出现,其启动速度一直都比较慢,当然,作为程序员,我们是可以理解的,智能手机本身就要启动很多服务来支持应用的功能,并且Android系统大部分还是使用的Java语言编写的,必然要运行在Java虚拟机里,这也决定了它运行速度和启动速度都相对较慢。同时,Android系统为了在执行用户应用程序时提高用户体验,还做了一些预加载机制,这也牺牲了开机启动时间。
根据Android启动过程的分析可知,我们可以进行定制加速如下:
Ø 定制本地服务
Ø 定制Android系统服务
Ø 优化ZygoteInit的类预加载preloadClasses和资源预加载preloadResources机制
Ø PackageManagerService扫描、检查APK安装包信息
下面我们依次来分析其实现步骤。
1. 定制本地服务
由第二章,第2节可知,本地服务都是由C或C++编写,它们都执行在Linux空间,在init进程的启动过程中启动了很多本地服务,如果我们的设备中没有电话模块、蓝牙模块,我们可以将这些没用的本地服务在init.rc里注释掉。
重新编译system.img然后启动模拟器即可。
笔者做了对比,去掉上述几个本地服务与没有去掉本地服务,二者在开机时间上几乎没有减少多少,这也可以理解,因为本地服务就是几个程序,少执行和多执行几个程序对于总体开机时间没有多大影响,不过,去掉没有使用的本地服务,对整个系统性能来说,会有微不足道的提升。
如果去掉开机动画服务可以大大的提高系统的启动速度:
2. 定制Android系统服务
由Android的启动过程可知,init进程启动了app_process作为zygote,在app_process里启动了Dalvik虚拟机,然后加载执行了第一个Java程序ZygoteInit作为Dalvik主线程,在ZygoteInit里fork了第一个Java程序SystemServer,在SystemServer里启动了大量的Android的核心服务,通常来说这些服务一般不要去动,如果我们的设备里没有使用过某些服务,并且将来也明确不使用,可以将其去掉。
我们先来看看SystemServer启动了哪些Android服务:
天啊,43个Android服务,
除了对原生的Android系统定制外,还可以通过引入外部技术来提升开机速度,目前有人使用Berkeley Lab Checkpoint/Restart(BLCR)技术给系统做一个快照,类似于Vmware里用的SnapeShot和Windows里的休眠机制,它能将当前Android环境保存在一个文件里,当下次启动的时候从该文件恢复Android运行环境,这种方式可以明显的提升启动速度,其实现过程比较复杂。
BLCR技术细节后续再完善。。。
3. PackageManagerService
PackageManagerService是Android的包管理器,主要用来管理Android系统中的APK文件,在SystemServer里,通过ServerThread调用PackageManagerService.main()启动了包管理服务。
PackageManagerService的主要作用有:
3.1 @PackageManagerService.main()
生成一个IPackageManager接口,也就是PackageManagerService。
3.2 PackageManagerService构造方法中,首先会进行一些成员变量的初始化,比如mContext, mFactoryTest, mMetrics, mSettings等。
最重要的是初始化mInstaller这个变量。Installer是一个很重要的类,所有对apk的install, uninstall,move等操作,都是通过它进行的。
3.3 建立PackageHandler消息循环,用于处理外部的apk安装请求消息,如adb install,packageinstaller安装apk时会发送消息
3.4 解析/system/etc/permission下xml文件(framework/base/data/etc/),包括platform.xml和系统支持的各种硬件模块的feature。
主要工作:
(1)建立底层user ids和group ids 同上层permissions之间的映射;可以指定一个权限与几个组ID对应。当一个APK被授予这个权限时,它也同时属于这几个组。
(2)给一些底层用户分配权限,如给shell授予各种permission权限;把一个权限赋予一个UID,当进程使用这个UID运行时,就具备了这个权限。
(3) library,系统增加的一些应用需要link的扩展jar库;
(4) feature,系统每增加一个硬件,都要添加相应的feature.将解析结果放入mSystemPermissions,mSharedLibraries,mSettings.mPermissions,mAvailableFeatures等几个集合中供系统查询和权限配置使用。
3.5 检查/data/system/packages.xml是否存在,这个文件是在解析apk时由writeLP()创建的,里面记录了系统的permissions,以及每个apk的name,codePath,flags,ts,version,uesrid等信息,这些信息主要通过apk的AndroidManifest.xml解析获取,解析完apk后将更新信息写入这个文件并保
存到flash,下次开机直接从里面读取相关信息添加到内存相关列表中。当有apk升级,安装或删除时会更新这个文件。
3.6 检查BootClassPath,mSharedLibraries及/system/framework下的jar是否需要dexopt,需要的则通过dexopt进行优化。
3.7 启动AppDirObserver线程监测/system/framework,/system/app,/data/app,/data/app-private目录的事件,主要监听add和remove事件。对于目录监听底层通过inotify机制实现,inotify 是一种文件系统的变化通知机制,如文件增加、删除等事件可以立刻让用户态得知,它为用户态监视文件系统的变化提供了强大的支持。
其中对/system/framework,/system/app,/data/app,/data/app-private目录中的APK扫描耗费了大量的时间,通过下面的笔者的实验结果可以看得出来。
无优化时的APK总计有50个,减少APK时APK只有5个,包扫描的时间减少了4秒,Android服务启动的时间减少了近10秒,整个系统的启动时间减少了15秒左右
在减少APK的情况下,然后将开机动画关闭了,本地服务启动时间略有减少,预加载类与资源时减少了近10秒,包扫描时间减少了0.5秒左右,Android服务启动时间减少近4秒,整个系统启动时间减少了近15秒。
由此可见,减少APK的数量关闭开机动画可以明显的提高Android的启动速度。
至于关闭其它本地服务对启动时间影响不大的原因,我的感觉是本地服务注册到Binder之后就等待框架客户端的连接,而关闭开机动画对启动速度影响之大,通过分析bootanim可知,在开启动画时要开启一个线程,mask图片在前面作为幕布,shine图片在后面每隔一定时间重新绘制一次,每次绘制时通过调用OPENGL的api调用2D加速来绘制图片,而我们使用的模拟器,全部操作通过软件来模拟,所以对系统怕启动速度影响比较大。如果在具体的设备上执行对启动速度的影响应该比这要小,具体硬件设备上优化,后续会有博文推出。
4. Android系统企业级定制
在做Android产品开发的过程中,经常会有客户说:“我们不想让我们的产品开机后看到Android系统的桌面,我们希望设备开机会直接进入我们自己的程序“。“我们的产品就是直接面对最终用户的,其它的无关的功能不需要。”比如说,之前我们开发的一款社区医疗软件,通过蓝牙和心电仪、血糖仪等采集外设通信,客户要求开机进入医疗软件,通过底层蓝牙通信,我们采用的就是定制的Android平板的桌面。
通常定制应用程序开机启动有两种实现方式:
Ø 接收系统启动广播:BOOT_COMPLETED,在广播接收器代码里实现应用程序的启动。
Ø 编写一个桌面程序,替换掉系统默认的Launcher应用。
第一种方式实现简单,但是这个应用程序是在Android系统桌面出现之后再启动的,不是真正意义上的产品定制,并且,如果当前的应用程序崩溃了退出后,会回到桌面上,当然我们可以实现崩溃后再次重新启动,但是,这终究不是真正意义上的定制。
第二种实现方式思路:当系统启动完毕之后,系统会发出一个Action为android.intent.action.MAIN,category为android.intent.category.HOME的Intent,默认系统的Launcher桌面会响应这个Intent,那么,我们可以编写一个应用程序,让它去响应这个Intent,然后我们将这个应用程序替换掉系统默认的Launcher桌面。系统重新启动之后,会自动启动我们自己的应用。但是,如果一些非法程序也响应这个Intent,那么照样不能达到客户的目的。这个时候,我们就要去修改系统框架代码,让Android系统启动完毕之后发送我们自己定义的Intent而不是公开的category为HOME的 Intent。
思路如下:
Ø 添加一个新的category:android.intent.category.FS_HOME
Ø 将框架里面所有发送android.intent.category.HOME的Intent全部改成android.intent.category.FS_HOME
category的定义文件在:
@ frameworks/base/core/java/android/content/Intent.java
在CATEGORY_HOME后面添加下面两行代码:
通过grep CATEGORY_HOME frameworks/ -R命令查找所有使用CATEGORY_HOME的文件:
将文件里使用CATEGORY_HOME常量的地方全部改为CATEGORY_FS_HOME。
新建一个Android应用:MyLauncher,在其AndroidManifest.xml里,<intent-filter>标签里添加上响应CATEGORY_FS_HOME的代码:
重新编译frameworks/base、frameworks/ex:
重新运行模拟器,使用新编译的Android系统,可以看到系统启动起来就进入我们的MyLauncher应用,从实现实现桌面的替换。