深入解析Android系统启动原理

一、Android系统启动过程概述

Android系统启动过程大体可以分为以下6个阶段：

1. 硬件初始化阶段
2. 内核启动阶段
3. init进程启动阶段
4. 系统服务启动阶段
5. 应用进程启动阶段
6. 系统启动完成阶段

二、硬件初始化阶段

在这个阶段，系统主要进行硬件初始化，包括基本的硬件检测和初始化，如CPU、内存、存储等。这个阶段由Bootloader来执行，它首先会在硬件检测及初始化完成后，读取内核映像文件，将内核映像文件加载到内存中，并跳转到内核映像文件的入口点。在这之后，硬件初始化阶段基本完成，系统开始进入到内核启动阶段。

int main(int argc, char** argv) {
  /* Hardware initialization */
  hw_init();
  
  /* Load kernel image file to memory */
  load_kernel_image();
  
  /* Jump to kernel image entry point */
  jump_to_kernel_entry_point();
  
  /* Should not reach here */
  return 0;
}

三、内核启动阶段

在这个阶段，内核主要进行的是自身的初始化，包括系统调用、内存管理、进程管理、文件系统等。其中最重要的是内存管理，因为内存管理是整个系统的基础。内核首先会创建第一个进程init，并将其放入进程调度链表中等待运行。接着，内核会解压缩RAM disk文件系统到内存中，并挂载到根文件系统中。随后，内核会读取init.rc文件，这个文件是系统启动时的主要配置文件，它通过service节点定义了系统将要启动的各种服务。

void __init start_kernel(void) {
  /* Initialize memory management */  
  mm_init();
  
  /* Initialize process management */
  process_init();
  
  /* Mount RAM disk file system to root file system */
  mount_ram_disk();
  
  /* Read init.rc file and start services */
  start_services();
  
  /* Should not reach here */
  return 0;
}

四、init进程启动阶段

在这个阶段，系统会启动第一个用户级进程——init进程。init进程是Android系统中最重要的进程之一，它负责在系统启动时加载各种服务和模块，并启动系统中其他的进程。init进程的启动由内核完成，在用户空间中调用init可执行文件开始。

int main(int argc, char** argv) {
  /* Parse command line arguments */
  parse_args(argc, argv);
  
  /* Load configuration file */
  parse_config_file();
  
  /* Load services and start modules */
  load_services_and_start_modules();
  
  /* Start other processes */
  start_other_processes();
  
  /* Should not reach here */
  return 0;
}

五、系统服务启动阶段

在这个阶段，系统会启动各种系统级服务，如Wifi管理服务、蓝牙管理服务、定位服务等。这些服务都是作为系统进程在init进程启动后启动的，它们会被注册到System Server中，作为System Server的一个线程来运行。

void main() {
  /* Initialize System Server */
  SystemServer system_server = new SystemServer();
  
  /* Register system services */
  system_server.registerService(WifiService.class);
  system_server.registerService(BluetoothService.class);
  system_server.registerService(LocationService.class);
  
  /* Start System Server */
  system_server.start();
  
  /* Should not reach here */
  return 0;
}

六、应用进程启动阶段

在这个阶段，系统会启动各个应用进程，如Launcher、浏览器、短信等。应用进程由应用程序启动器Activity Manager来管理，通过应用进程启动命令am start或am startservice可以启动一个应用进程或服务。

void startActivity(String packageName, String className) {
  /* Start application process */
  Process applicationProcess = Runtime.getRuntime().exec("am start " + packageName + "/" + className);
  
  /* Wait for application process to finish */
  applicationProcess.waitFor();
}

七、系统启动完成阶段

在所有进程和服务都启动完成后，系统启动就算完成了。在这个阶段，启动过程会显示出系统桌面，这时用户就可以使用Android系统了。

void onSystemBootCompleted() {
  /* Display system desktop */
  displaySystemDesktop();
  
  /* Should not reach here */
  return 0;
}