Android 11(R)启动流程 初版

启动流程

bootloader会去启动android第一个进程Idle，pid为0，会对进程 内存管理等进行初始化。Idle还被称作swapper。Idle会去创建两个进程，一个是init，另外一个是kthread。 kthread会去启动内核，用户是由init进行启动。

init进程的启动

在内核common/init/main.c 的kernel_init函数中

	if (execute_command) {ret = run_init_process(execute_command);if (!ret)return 0;panic("Requested init %s failed (error %d).",execute_command, ret);}if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||!try_to_run_init_process("/etc/init") ||!try_to_run_init_process("/bin/init") ||!try_to_run_init_process("/bin/sh"))return 0;

可以看到这里启动了init进程。并且这个bin是在根目录下的。

static int run_init_process(const char *init_filename)
{argv_init[0] = init_filename;pr_info("Run %s as init process\n", init_filename);return do_execve(getname_kernel(init_filename),(const char __user *const __user *)argv_init,(const char __user *const __user *)envp_init);
}

do_execve 是一个内核函数，用于执行用户空间的程序，最后会调用到__do_execve_file函数

/* 参数解释
int fd:文件描述符，用于指定要执行的文件。如果不使用文件描述符，可以传入 AT_FDCWD。
struct filename *filename:文件名结构体，包含要执行的可执行文件的路径。
struct user_arg_ptr argv:参数指针结构体，指向传递给新进程的命令行参数。
struct user_arg_ptr envp:环境变量指针结构体，指向传递给新进程的环境变量。
int flags:标志位，用于控制执行行为。
struct file *file:文件结构体指针，指向要执行的文件。如果不通过文件描述符打开文件，可以传入 NULL。*/static int __do_execve_file(int fd, struct filename *filename,struct user_arg_ptr argv,struct user_arg_ptr envp,int flags, struct file *file)
{char *pathbuf = NULL;struct linux_binprm *bprm;struct files_struct *displaced;int retval;//检查 filename 是否为错误指针，如果是，则返回相应的错误码。if (IS_ERR(filename))return PTR_ERR(filename);/** We move the actual failure in case of RLIMIT_NPROC excess from* set*uid() to execve() because too many poorly written programs* don't check setuid() return code.  Here we additionally recheck* whether NPROC limit is still exceeded.*///检查当前用户的进程数是否超过了限制，如果超过了限制，则返回 -EAGAIN 错误码。//清除进程标志 PF_NPROC_EXCEEDED。if ((current->flags & PF_NPROC_EXCEEDED) &&atomic_read(&current_user()->processes) > rlimit(RLIMIT_NPROC)) {retval = -EAGAIN;goto out_ret;}/* We're below the limit (still or again), so we don't want to make* further execve() calls fail. */current->flags &= ~PF_NPROC_EXCEEDED;//调用 unshare_files 函数分离文件结构，以确保进程在执行期间独占文件描述符表retval = unshare_files(&displaced);if (retval)goto out_ret;retval = -ENOMEM;//分配并初始化 linux_binprm 结构体，该结构体用于存储进程执行所需的各种信息bprm = kzalloc(sizeof(*bprm), GFP_KERNEL);if (!bprm)goto out_files;retval = prepare_bprm_creds(bprm);if (retval)goto out_free;//调用 check_unsafe_exec 函数进行安全检查check_unsafe_exec(bprm);current->in_execve = 1;//如果没有提供文件指针，则使用 do_open_execat 函数根据文件描述符和文件名打开文件if (!file)file = do_open_execat(fd, filename, flags);retval = PTR_ERR(file);if (IS_ERR(file))goto out_unmark;/*准备执行环境:调用 sched_exec 函数设置调度相关信息。初始化 bprm 结构体中的文件和文件名信息。调用 bprm_mm_init 函数初始化进程的内存管理。调用 prepare_arg_pages 函数准备参数和环境变量的内存页。调用 prepare_binprm 函数准备可执行文件的二进制参数。*/sched_exec();bprm->file = file;if (!filename) {bprm->filename = "none";} else if (fd == AT_FDCWD || filename->name[0] == '/') {bprm->filename = filename->name;} else {if (filename->name[0] == '\0')pathbuf = kasprintf(GFP_KERNEL, "/dev/fd/%d", fd);elsepathbuf = kasprintf(GFP_KERNEL, "/dev/fd/%d/%s",fd, filename->name);if (!pathbuf) {retval = -ENOMEM;goto out_unmark;}/** Record that a name derived from an O_CLOEXEC fd will be* inaccessible after exec. Relies on having exclusive access to* current->files (due to unshare_files above).*/if (close_on_exec(fd, rcu_dereference_raw(current->files->fdt)))bprm->interp_flags |= BINPRM_FLAGS_PATH_INACCESSIBLE;bprm->filename = pathbuf;}bprm->interp = bprm->filename;retval = bprm_mm_init(bprm);if (retval)goto out_unmark;retval = prepare_arg_pages(bprm, argv, envp);if (retval < 0)goto out;retval = prepare_binprm(bprm);if (retval < 0)goto out;//复制参数和环境变量://调用 copy_strings_kernel 函数复制文件名到用户栈。//调用 copy_strings 函数依次复制环境变量和命令行参数到用户栈retval = copy_strings_kernel(1, &bprm->filename, bprm);if (retval < 0)goto out;bprm->exec = bprm->p;retval = copy_strings(bprm->envc, envp, bprm);if (retval < 0)goto out;retval = copy_strings(bprm->argc, argv, bprm);if (retval < 0)goto out;/** When argv is empty, add an empty string ("") as argv[0] to* ensure confused userspace programs that start processing* from argv[1] won't end up walking envp. See also* bprm_stack_limits().*/if (bprm->argc == 0) {const char *argv[] = { "", NULL };retval = copy_strings_kernel(1, argv, bprm);if (retval < 0)goto out;bprm->argc = 1;}//调用 exec_binprm 函数执行可执行文件retval = exec_binprm(bprm);if (retval < 0)goto out;//如果执行成功，清理各种临时数据结构，释放资源，并返回成功状态。//如果执行失败，进行错误处理，清理资源，并返回相应的错误码。/* execve succeeded */current->fs->in_exec = 0;current->in_execve = 0;rseq_execve(current);acct_update_integrals(current);task_numa_free(current, false);free_bprm(bprm);kfree(pathbuf);if (filename)putname(filename);if (displaced)put_files_struct(displaced);return retval;out:if (bprm->mm) {acct_arg_size(bprm, 0);mmput(bprm->mm);}out_unmark:current->fs->in_exec = 0;current->in_execve = 0;out_free:free_bprm(bprm);kfree(pathbuf);out_files:if (displaced)reset_files_struct(displaced);
out_ret:if (filename)putname(filename);return retval;
}

接下来就正式进入init的启动流程，init代码路径：system/core/init/main.cpp  main函数代码较短，直接贴上来。

int main(int argc, char** argv) {
#if __has_feature(address_sanitizer)__asan_set_error_report_callback(AsanReportCallback);
#endifif (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {return ueventd_main(argc, argv);}if (argc > 1) {if (!strcmp(argv[1], "subcontext")) {android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);const BuiltinFunctionMap& function_map = GetBuiltinFunctionMap();return SubcontextMain(argc, argv, &function_map);}if (!strcmp(argv[1], "selinux_setup")) {return SetupSelinux(argv);}if (!strcmp(argv[1], "second_stage")) {return SecondStageMain(argc, argv);}}return FirstStageMain(argc, argv);
}

FirstStageMain

在FirstStageMain中，主要是挂载文件目录，创建一些文件，做一些初始化等的阶段。

还包括初始化日志系统，将输入输出重定向。

最后，会去启动init 并且带一个selinux_setup

SelinuxInitialize

在SelinuxInitialize中会初始化一些安全策略

selinux_setup之后会去second_stage

SecondStageMain

PropertyInit();  初始化属性域selinux初始化
// Now set up SELinux for second stage.
SelinuxSetupKernelLogging();
SelabelInitialize();
SelinuxRestoreContext();//恢复安全上下文//处理子进程的终止信号，判断子进程有没有挂掉 （僵尸进程） 回收资源。
InstallSignalFdHandler(&epoll);
InstallInitNotifier(&epoll);
StartPropertyService(&property_fd);//匹配命令和函数之间的关系，ls 等命令和函数的关系
const BuiltinFunctionMap& function_map = GetBuiltinFunctionMap();

/********************************/
//解析init.rc
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("/product/etc/init")) {late_import_paths.emplace_back("/product/etc/init");}if (!parser.ParseConfig("/odm/etc/init")) {late_import_paths.emplace_back("/odm/etc/init");}if (!parser.ParseConfig("/vendor/etc/init")) {late_import_paths.emplace_back("/vendor/etc/init");}} else {parser.ParseConfig(bootscript);}
}

在LoadBootScripts中会去创建三种对应解释器

Parser CreateParser(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {Parser parser;parser.AddSectionParser("service", std::make_unique<ServiceParser>(&service_list, GetSubcontext(), std::nullopt));parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>(&action_manager, GetSubcontext()));parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>(&parser));return parser;
}

init处理的重要事情

1.挂载文件

2.设置selinux

3.开启属性服务

4.解析init.rc

5.循环处理脚本  -》 启动zygote

6.循环等待

init.rc -》zygote

# Now we can start zygote for devices with file based encryption
trigger zygote-start

这段 init.rc 脚本配置了在不同加密状态下启动 zygote 及其相关服务的逻辑。根据设备的加密状态（未加密、不支持加密或已加密)

init.rc解析时会导入import /system/etc/init/hw/init.${ro.zygote}.rc

这里大括号{}中的ro.zygote表示它会用 ro.zygote 系统属性的值来替换 ${ro.zygote}。

所以这里是  import /system/etc/init/hw/init.zygote32.rc

init.zygote32.rc类似的文件有四个，对应32位系统，64位系统，还有主32次64或者主64的。这种会在32执行失败之后再执行64位的。

启动一个服务 zygote   后面是路径， 在后面是参数

zygote的作用之一是要进入java层，为Android启动运行时环境。

AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv)); -》class AppRuntime : public AndroidRuntime

app_main.cpp中 runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);去启动android运行时环境。

app_main.cpp   runtime.start -》

AndroidRuntime.cpp    AndroidRuntime::start -》

startVm 启动虚拟机-》

startReg  注册jni-》

env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray); 

启动com.android.internal.os.ZygoteInit  -》ZygoteInit.java . main

AndroidRuntime 中包括对虚拟机一系列的初始化，这里包括heapsize的初始化为16M，

进程和虚拟机是什么关系

虚拟机实现了进程中内存管理的功能

注册jni

startReg-》

register_jni_procs-》

register_com_android_internal_os_RuntimeInit (env)

register_com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit(env)

register_com_android_internal_os_......

Zygote的java启动

runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);  -》

env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);-》

ZygoteInit.java  main-》

preload(bootTimingsTraceLog);//加快进程的启动-》

zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);-》

Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);// 启动systemserver进程-》

caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);进入loop死循环，接收AMS传过来的消息

preload加载的时间

Zygote总结：

native：

1.初始化运行环境，创建jvm

2.注册jni

3.调用zygoteinit.main

java

1.预加载 --  加快进程启动

2.socket  服务器

3.循环等待

Zygote  fork SystemServer进程

SystemServer的主要工作是管理服务，AMS  WMS都和SystemServer属于同一进程，这些服务都是在SystemServer运行起来的。

ZygoteInit.java 

-》

Runnable r = forkSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);

-》

Zygote.forkSystemServer-》

Zygote.java  nativeForkSystemServer

-》

com_android_internal_os_Zygote.cpp   com_android_internal_os_Zygote_nativeForkSystemServer 

-》

ForkAndSpecializeCommon-》

fork(); -》

pid == 0  handleSystemServerProcess-》

ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);

-》

RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);

-》

RuntimeInit.commonInit();//初始化运行环境

-》

ZygoteInit.nativeZygoteInit //启动binder，方法在androidRuntime.cpp中注册

-》

RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);//ActivityThread.main();

-》

findStaticMain //app启动流程也是走这里，因此这里不仅返回AMS通过socket传过来的ActivityThread、还有systemserver

-》cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });//通过反射拿到对应类的main方法的Method对象

-》MethodAndArgsCaller implements Runnable  封装成Runnable对象

-》

mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });  执行run时通过invoke函数执行类所对应的main函数

-》r.run();

SystemServer基本流程

main-》new SystemServer().run();-》

startBootstrapServices

startCoreServices

startOtherServices -》

createSystemContext //创建系统上下文

SystemServer如何管理服务

systemserver基本都通过mSystemServiceManager.startService 来启动服务，可以看出SystemServer是通过SystemServiceManager来管理service的，服务都必须封装systemservice类，

mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();

public class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stub

        implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {

..............} 从这里看出ActivityManagerService 是一个binder。但是因为只能有一个父类，为了能够实现继承自systemservice的效果，ActivityManagerService 实现了一个静态内部类Lifecycle拓展自SystemService。

public static final class Lifecycle extends SystemService {.......}

public Lifecycle(Context context) {super(context);mService = new ActivityManagerService(context);
}

并且mSystemServiceManager.startService传递的是类名，可以通过反射创建实例，通过实例调用service.onStart();可以调用到继承自SystemService 的Lifecycle里面的onStart函数。

public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {}

在通过

ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, /* allowIsolated= */ true, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PRIORITY_NORMAL | DUMP_FLAG_PROTO);

或者

publishBinderService(Context.USER_SERVICE, mUms); 将服务注册到servicemanager里面去，尽管publishBinderService最后也是调用ServiceManager.addService函数。