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Android Framework

news 来源：原创 2025/5/13 6:29:29

Android 分区

/boot：存放引导程序，包括内核和内存操作程序。
/system：相当于电脑 C 盘，存放 Android 系统及系统应用。
/recovery：恢复分区，可以进入该分区进行系统恢复。
/data：用户数据区，包含了用户的数据：联系人、短信、设置、用户安装的程序。
/cache：安卓系统缓存区，保存系统最常访问的数据和应用程序。
/misc：包含一些杂项内容，如系统设置和系统功能启用禁用设置。
/sdcard：用户自己的存储区，可以存放照片，音乐，视频等文件。

开机加载过程

与计算机启动过程类似，当按下电源按键后，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在 ROM 中的预设代码）开始执行，芯片上的 ROM 会寻找 Bootloader 代码，并加载到内存（RAM）中。

接着 Bootloader 开始执行，Bootloader 会读取 ROM 找到操作系统并将 Linux 内核加载到 RAM 中。

当 Linux 内核启动后会初始化各种软硬件环境，加载驱动程序，挂载根文件系统，Linux 内核加载的最后阶段会启动并执行第一个用户空间进程 init 进程。

Linux 内核启动过程主要涉及 3 个特殊的进程，swapper 进程（又称为 idle 进程，PID = 0）， init 进程（PID = 1）和 kthreadd 进程（PID = 2），这三个进程是内核的基础。

idle 进程是 Linux 系统第一个进程，是 init 进程和 kthreadd 进程的父进程，这个进程在完成初始化工作后，就开启了init和kthreadd进程，然后自己进入无限循环，负责进程的调度。
init 进程是 Linux 系统第一个用户进程，是 Android 系统应用程序的始祖。init进程分为前后两部分，前一部分是在内核启动的，主要是完成创建和内核初始化工作，内容都是跟Linux内核相关的;后一部分是在用户空间启动的，主要完成Android系统的初始化工作。
kthreadd 这个进程由idle通过kernel_thread 创建，负责所有内核线程的调度和管理。

idle

idle负责完成底层硬件和系统资源的初始化，他其实就是内核初始化用的start_kernel()这个函数所在进程，在start_kernel()执行的末尾，他会把本进程进入循环，处理进程调度，这个时候idle就显示出现了。

在start_kernel()所在进程执行完成之前，也就是idle显示出现之前，会调用函数rest_init()，来启动init进程和kthreadd进程

rest_init

rest_init最重要的就是通过kernel_thread创建了init和kthreadd进程

static noinline void __init_refok rest_init(void)
{int pid;/** 1.C语言中const相当于Java中的final static， 表示常量* 2.struct是结构体，相当于Java中定义了一个实体类，里面只有一些成员变量，{.sched_priority =1 }相当于new，* 然后将成员变量sched_priority的值赋为1*/const struct sched_param param = { .sched_priority = 1 }; //初始化优先级为1的进程调度策略，//取值1~99，1为最小rcu_scheduler_starting(); //启动RCU机制，这个与后面的rcu_read_lock和rcu_read_unlock是配套的，用于多核同步/** We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however* the init task will end up wanting to create kthreads, which, if* we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.*//** 1.C语言中支持方法传参，kernel_thread是函数，kernel_init也是函数，但是kernel_init却作为参数传递了过去，* 其实传递过去的是一个函数指针,参考[函数指针](http://www.cnblogs.com/haore147/p/3647262.html)* 2.CLONE_FS这种大写的一般就是常量了，跟Java差不多*/kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); //用kernel_thread方式创建init进程，//CLONE_FS 子进程与父进程共享相同的文件系统，包括root、当前目录、umask，//CLONE_SIGHAND  子进程与父进程共享相同的信号处理（signal handler）表numa_default_policy(); // 设定NUMA系统的默认内存访问策略pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);//用kernel_thread方式创建kthreadd进程，//CLONE_FILES  子进程与父进程共享相同的文件描述符（file descriptor）表rcu_read_lock(); //打开RCU读取锁，在此期间无法进行进程切换/** C语言中&的作用是获得变量的内存地址，参考[C指针](http://www.runoob.com/cprogramming/c-pointers.html)*/kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);// 获取kthreadd的进程描述符，//期间需要检索进程pid的使用链表，所以要加锁rcu_read_unlock(); //关闭RCU读取锁sched_setscheduler_nocheck(kthreadd_task, SCHED_FIFO, &param); //设置kthreadd的进程调度策略，//SCHED_FIFO 实时调度策略，即马上调用，先到先服务，param的优先级之前定义为1complete(&kthreadd_done); // complete和wait_for_completion是配套的同步机制，跟java的notify和wait差不多，//之前kernel_init函数调用了wait_for_completion(&kthreadd_done)，//这里调用complete就是通知kernel_init进程kthreadd进程已创建完成，可以继续执行/** The boot idle thread must execute schedule()* at least once to get things moving:*/init_idle_bootup_task(current);//current表示当前进程，当前0号进程init_task设置为idle进程schedule_preempt_disabled(); //0号进程主动请求调度，让出cpu，1号进程kernel_init将会运行,并且禁止抢占/* Call into cpu_idle with preempt disabled */cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);// 这个函数会调用cpu_idle_loop()使得idle进程进入自己的事件处理循环
}

init

init进程分为前后两部分，前一部分是在内核启动的，主要是完成创建和内核初始化工作，内容都是跟Linux内核相关的;后一部分是在用户空间启动的，主要完成Android系统的初始化工作。

kernel_init

之前在rest_init函数中启动了init进程，在创建完init进程后，会调用kernel_init函数

/** __ref 这个跟之前讲的__init作用一样*/
static int __ref kernel_init(void *unused)
{kernel_init_freeable(); //进行init进程的一些初始化操作/* need to finish all async __init code before freeing the memory */async_synchronize_full();// 等待所有异步调用执行完成,，在释放内存前，必须完成所有的异步 __init 代码free_initmem();// 释放所有init.* 段中的内存mark_rodata_ro(); //arm64空实现system_state = SYSTEM_RUNNING;// 设置系统状态为运行状态numa_default_policy(); // 设定NUMA系统的默认内存访问策略flush_delayed_fput(); // 释放所有延时的struct file结构体if (ramdisk_execute_command) { //ramdisk_execute_command的值为"/init"if (!run_init_process(ramdisk_execute_command)) //运行根目录下的init程序return 0;pr_err("Failed to execute %s\n", ramdisk_execute_command);}/** We try each of these until one succeeds.** The Bourne shell can be used instead of init if we are* trying to recover a really broken machine.*/if (execute_command) { //execute_command的值如果有定义就去根目录下找对应的应用程序,然后启动if (!run_init_process(execute_command))return 0;pr_err("Failed to execute %s.  Attempting defaults...\n",execute_command);}if (!run_init_process("/sbin/init") || //如果ramdisk_execute_command和execute_command定义的应用程序都没有找到，//就到根目录下找 /sbin/init，/etc/init，/bin/init,/bin/sh 这四个应用程序进行启动!run_init_process("/etc/init") ||!run_init_process("/bin/init") ||!run_init_process("/bin/sh"))return 0;panic("No init found.  Try passing init= option to kernel. ""See Linux Documentation/init.txt for guidance.");
}

其中比较重要的是，在kernel_init_freeable()中，有对驱动的初始化driver_init

那么kernel_init做了以下事情：

初始化设备和驱动程序
打开标准输入和输出
初始化文件系统

完成后会调用run_init_process进入用户空间的init

用户空间init

在用户空间的init中，做了以下事情：

创建进程会话密钥并初始化属性系统。
进行 SELinux 第二阶段并恢复一些文件安全上下文。
新建 epoll 并初始化子进程终止信号处理函数。
设置其他系统属性并开启系统属性服务。
解析init.rc文件

init.rc文件中会启动servicemanager和zygote

至此，系统的启动过程变为
在这里插入图片描述

zygote

zygote 进程就是 daemon 其中之一，zygote 进程主要负责创建 Java 虚拟机，加载系统资源，启动 SystemServer 进程，以及在后续运行过程中启动普通的应用程序。
在这里插入图片描述
在init.rc中，有这么一句 import /init.${ro.zygote}.rc ，这就是启动zygote.rc来创建zygote进程了；不同厂家有不同的zygote.rc，并且分为32位和64位。
我们只需要知道，不管是哪个版本，zygote.rc的源文件都是app_main.cpp，并且由于zygote在初始化拉起systemserver之后，会负责普通app的启动，所以在app_main.cpp的结尾是

 if (zygote) { // 如果是 zygote 启动模式，则加载 ZygoteInitruntime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);} else if (className) {// 如果是 application 启动模式，则加载 RuntimeInitruntime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);} else {fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");app_usage();LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");}

我们看到，在最后调用的是 runtime.start 函数，这个就是要启动虚拟机了，接下来我们分析 start 函数。

创建虚拟机

//frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cppvoid AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options,bool zygote) {// ...// 打印一些日志，获取 ANDROID_ROOT 环境变量// .../* start the virtual machine */JniInvocation jni_invocation;// 初始化JNI，加载 libart.sojni_invocation.Init(NULL);JNIEnv* env;// 创建虚拟机if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {return;}// 表示虚拟创建完成，但是里面是空实现onVmCreated(env);/** Register android functions.* 注册 JNI 函数*/if (startReg(env) < 0) {ALOGE("Unable to register all android natives\n");return;}// 接下来的这些语法大家应该比较熟悉了，都是 JNI 里的语法，// 主要作用就是调用 ZygoteInit 类的 main 函数 jclass stringClass;jobjectArray strArray;jstring classNameStr;stringClass = env->FindClass("java/lang/String");assert(stringClass != NULL);strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);assert(strArray != NULL);classNameStr = env->NewStringUTF(className);assert(classNameStr != NULL);env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());assert(optionsStr != NULL);env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);}/** Start VM.  This thread becomes the main thread of the VM, and will* not return until the VM exits.*/// 将 "com.android.internal.os.ZygoteInit" // 转换为 "com/android/internal/os/ZygoteInit"char* slashClassName = toSlashClassName(className);// 找到 classjclass startClass = env->FindClass(slashClassName);if (startClass == NULL) {ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);/* keep going */} else {jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main","[Ljava/lang/String;)V");if (startMeth == NULL) {ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);/* keep going */} else {// 调用 ZygoteInit.main() 方法env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);#if 0if (env->ExceptionCheck())threadExitUncaughtException(env);#endif}}free(slashClassName);ALOGD("Shutting down VM\n");// 退出当前线程if (mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)ALOGW("Warning: unable to detach main thread\n");// 创建一个线程，该线程会等待所有子线程结束后关闭虚拟机if (mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0) ALOGW("Warning: VM did not shut down cleanly\n");
}