深入解析Android系統啟動原理

一、Android系統啟動過程概述

Android系統啟動過程大體可以分為以下6個階段：

1. 硬件初始化階段
2. 內核啟動階段
3. init進程啟動階段
4. 系統服務啟動階段
5. 應用進程啟動階段
6. 系統啟動完成階段

二、硬件初始化階段

在這個階段，系統主要進行硬件初始化，包括基本的硬件檢測和初始化，如CPU、內存、存儲等。這個階段由Bootloader來執行，它首先會在硬件檢測及初始化完成後，讀取內核映像文件，將內核映像文件加載到內存中，並跳轉到內核映像文件的入口點。在這之後，硬件初始化階段基本完成，系統開始進入到內核啟動階段。

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、內核啟動階段

在這個階段，內核主要進行的是自身的初始化，包括系統調用、內存管理、進程管理、文件系統等。其中最重要的是內存管理，因為內存管理是整個系統的基礎。內核首先會創建第一個進程init，並將其放入進程調度鏈表中等待運行。接着，內核會解壓縮RAM disk文件系統到內存中，並掛載到根文件系統中。隨後，內核會讀取init.rc文件，這個文件是系統啟動時的主要配置文件，它通過service節點定義了系統將要啟動的各種服務。

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進程啟動階段

在這個階段，系統會啟動第一個用戶級進程——init進程。init進程是Android系統中最重要的進程之一，它負責在系統啟動時加載各種服務和模塊，並啟動系統中其他的進程。init進程的啟動由內核完成，在用戶空間中調用init可執行文件開始。

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、系統服務啟動階段

在這個階段，系統會啟動各種系統級服務，如Wifi管理服務、藍牙管理服務、定位服務等。這些服務都是作為系統進程在init進程啟動後啟動的，它們會被註冊到System Server中，作為System Server的一個線程來運行。

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、應用進程啟動階段

在這個階段，系統會啟動各個應用進程，如Launcher、瀏覽器、短訊等。應用進程由應用程序啟動器Activity Manager來管理，通過應用進程啟動命令am start或am startservice可以啟動一個應用進程或服務。

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、系統啟動完成階段

在所有進程和服務都啟動完成後，系統啟動就算完成了。在這個階段，啟動過程會顯示出系統桌面，這時用戶就可以使用Android系統了。

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