作為Android開發者 你真的知道Android按下開機鍵到啟動發生什么嗎？

前言

在一個夜黑風高的晚上，我的男同事突然給我發了一條微信，我點開來看，他竟然問我Android從按下開機鍵到啟動到底發生了什么？此刻我的內心如下圖:

但是作為一個Android開發者，了解整個系統架構是必須的，所以這篇就總結一下Android手機從按下開機鍵到啟動這一過程發生了什么。

要了解Android手機啟動過程，我們先來了解一下基于linux系統的電腦從按下電源鍵的那一刻起，發生了什么，這樣類比可以更好的理解Android手機的啟動過程。

基于Linux的pc啟動過程

我們都知道，所有的程序軟件包括操作系統都是運行在內存中的，然而我們的操作系統一般是存放在硬盤上的，當我們按下開機鍵的時候，此時內存中什么程序也沒有，因此需要借助某種方式，將操作系統加載到內存中，而完成這項任務的就是?BIOS?。

裝過系統的人一定知道BIOS這個東西，那么它究竟是什么呢？

BIOS：Basic Input/Output System（基本輸入輸出系統），在IBM PC兼容系統上，是一種業界標準的固件接口（來自維基百科）。有點難以理解，其實BIOS是我們電腦啟動時加載的第一個程序，這個程序不是由Java語言編寫也不是由C語言編寫，一般是匯編程序。

BIOS程序固化在主板上的一塊芯片上，是連接計算機硬件與操作系統的橋梁，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、開機后自檢程序和系統自啟動程序。

那么問題來了，BIOS程序又是怎么啟動的？BIOS的啟動，是由硬件完成的，Intel 80x86系列的cpu的硬件都設計為加電（即開機瞬間）就進入16位實模式狀態運行，此時將cpu的硬件邏輯設計為強行將CS的值設置為0xFFFF,IP的值設置為0x0000，這樣CS:IP就指向了0xFFFF0這個位置，而這個位置就是BIOS程序的入口地址。

因此這是一個硬件廠商之間的約定，所有的BIOS程序入口地址均為0xFFFF0，這樣在開機的時候，就找到這個地址，如果該地址并沒有代碼段，那么計算機將會死機，如果這個地址處有代碼段，將會執行這個代碼段，并由此執行下去，即BIOS程序開始啟動。

補充：
CS:代碼段寄存器，存在于CPU中，指向CPU當前執行代碼在內存中所在的區域。
IP：指令寄存器，存在于CPU中，記錄將要執行的指令在代碼段內的偏移地址，與CS組合即為將要執行的指令的內存地址。

當BIOS程序啟動時，就會檢測硬件設備，比如我們的顯卡、內存等信息。BIOS會在內存中建立中斷向量表和中斷服務程序。中斷向量表中有256個中斷向量，每個中斷向量占4個字節，每個中斷向量指向一個中斷服務程序，這些中斷服務程序完成了將操作系統由硬盤加載到內存中的任務.
基于linux的操作系統而言，計算機將分三批逐次加載操作系統的代碼，第一批由BIOS中斷int 0x19將?第一扇區bootsect的內容加載到內存；第二批和第三批在bootsect的指揮下，分別加載后面扇區的內容到內存中。

經過執行一系列的BIOS代碼后，計算機完成了自檢等操作，計算機硬件體系會與BIOS聯合操作，讓cpu接收到一個int 0x19中斷，cpu接收到這個中斷后，會立即在中斷向量表中找到int 0x19中斷向量，此時會找到對應的中斷服務程序，并由該中斷服務程序將硬盤中第一個扇區的引導程序加在到內存中的指定位置。

隨后，在引導程序的作用下，陸續將操作系統的其他程序載入內存，完成實模式到保護模式的轉變，為執行操作系統的入口函數main做準備，后面就是操作系統的初始化工作了，最后完成計算機的啟動。

Android手機的啟動過程

Android系統雖然也是基于linux系統的，但是由于Android屬于嵌入式設備，并沒有像pc那樣的BIOS程序。

取而代之的是Bootloader?——系統啟動加載器。它類似于BIOS，在系統加載前，用以初始化硬件設備，建立內存空間的映像圖，為最終調用系統內核準備好環境。

在Android里沒有硬盤，而是ROM?，它類似于硬盤存放操作系統，用戶程序等。ROM跟硬盤一樣也會劃分為不同的區域，用于放置不同的程序，在Android中主要劃分為一下幾個分區：

• /boot：存放引導程序，包括內核和內存操作程序

• /system：相當于電腦c盤，存放Android系統及系統應用

• /recovery：恢復分區，可以進入該分區進行系統恢復

• /data：用戶數據區，包含了用戶的數據：聯系人、短信、設置、用戶安裝的程序

• /cache：安卓系統緩存區，保存系統最常訪問的數據和應用程序

• /misc：包含一些雜項內容，如系統設置和系統功能啟用禁用設置

• /sdcard：用戶自己的存儲區，可以存放照片，音樂，視頻等文件

那么Bootloader是如何被加載的呢？我們可以想到，應該跟pc一樣，當開機加電的時候，cpu會從cpu制造廠商預設的地址上取指令，這個地址是各廠商約定俗稱的，類似于上面80x86架構里的0xFFFF0地址，因此Android手機會將固態存儲設備ROM預先映射到該地址上，當開機加電的時候，cpu就會從該地址執行/boot分區下的Bootloader程序，載入linux內核到RAM中。

當linux內核啟動后會初始化各種軟硬件環境，加載驅動程序，掛載根文件系統，并開始執行根文件系統的init程序，init程序是Android啟動過程中最重要的核心程序。

init進程是Android系統中用戶進程的鼻祖進程。init進程會啟動各種系統本地服務，如：Media Server、Service Manager、bootanim（開機動畫）等。init進程會在解析init.rc文件后fork出Zygote，而Zygote是所有Java進程的父進程，我們的App都是由Zygote fork出來的。
Zygote進程主要包含：

• 加載ZygoteInit類，注冊Zygote Socket服務端套接字；

• 加載虛擬機；

• 預加載Android核心類

• 預加載系統資源

隨后Zygote進程會fork出System Server進程，System Server進程負責啟動和管理整個framework，包括Activity Manager，PowerManager等服務。

當System Server將系統服務啟動就緒后，就會通知ActivityManager啟動首個Android程序Home即我們看到的桌面程序。

至此，從Android手機開機到看到桌面程序所有過程分析完了。

最后附一張整體流程圖，幫助更好理解：

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