前言

在一個(gè)夜黑風(fēng)高的晚上，我的男同事突然給我發(fā)了一條微信，我點(diǎn)開來看，他竟然問我Android從按下開機(jī)鍵到啟動(dòng)到底發(fā)生了什么？此刻我的內(nèi)心如下圖:

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但是作為一個(gè)Android開發(fā)者，了解整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)是必須的，所以這篇就總結(jié)一下Android手機(jī)從按下開機(jī)鍵到啟動(dòng)這一過程發(fā)生了什么。

要了解Android手機(jī)啟動(dòng)過程，我們先來了解一下基于linux系統(tǒng)的電腦從按下電源鍵的那一刻起，發(fā)生了什么，這樣類比可以更好的理解Android手機(jī)的啟動(dòng)過程。

基于Linux的pc啟動(dòng)過程

我們都知道，所有的程序軟件包括操作系統(tǒng)都是運(yùn)行在內(nèi)存中的，然而我們的操作系統(tǒng)一般是存放在硬盤上的，當(dāng)我們按下開機(jī)鍵的時(shí)候，此時(shí)內(nèi)存中什么程序也沒有，因此需要借助某種方式，將操作系統(tǒng)加載到內(nèi)存中，而完成這項(xiàng)任務(wù)的就是?BIOS?。

裝過系統(tǒng)的人一定知道BIOS這個(gè)東西，那么它究竟是什么呢？

BIOS：Basic Input/Output System（基本輸入輸出系統(tǒng)），在IBM PC兼容系統(tǒng)上，是一種業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的固件接口（來自維基百科）。有點(diǎn)難以理解，其實(shí)BIOS是我們電腦啟動(dòng)時(shí)加載的第一個(gè)程序，這個(gè)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(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)的橋梁，它保存著計(jì)算機(jī)最重要的基本輸入輸出的程序、開機(jī)后自檢程序和系統(tǒng)自啟動(dòng)程序。

那么問題來了，BIOS程序又是怎么啟動(dòng)的？BIOS的啟動(dòng)，是由硬件完成的，Intel 80x86系列的cpu的硬件都設(shè)計(jì)為加電（即開機(jī)瞬間）就進(jìn)入16位實(shí)模式狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)將cpu的硬件邏輯設(shè)計(jì)為強(qiáng)行將CS的值設(shè)置為0xFFFF,IP的值設(shè)置為0x0000，這樣CS:IP就指向了0xFFFF0這個(gè)位置，而這個(gè)位置就是BIOS程序的入口地址。

因此這是一個(gè)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(jī)的時(shí)候，就找到這個(gè)地址，如果該地址并沒有代碼段，那么計(jì)算機(jī)將會(huì)死機(jī)，如果這個(gè)地址處有代碼段，將會(huì)執(zhí)行這個(gè)代碼段，并由此執(zhí)行下去，即BIOS程序開始啟動(dòng)。

補(bǔ)充：
CS:代碼段寄存器，存在于CPU中，指向CPU當(dāng)前執(zhí)行代碼在內(nèi)存中所在的區(qū)域。
IP：指令寄存器，存在于CPU中，記錄將要執(zhí)行的指令在代碼段內(nèi)的偏移地址，與CS組合即為將要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址。

當(dāng)BIOS程序啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)檢測硬件設(shè)備，比如我們的顯卡、內(nèi)存等信息。BIOS會(huì)在內(nèi)存中建立中斷向量表和中斷服務(wù)程序。中斷向量表中有256個(gè)中斷向量，每個(gè)中斷向量占4個(gè)字節(jié)，每個(gè)中斷向量指向一個(gè)中斷服務(wù)程序，這些中斷服務(wù)程序完成了將操作系統(tǒng)由硬盤加載到內(nèi)存中的任務(wù).
基于linux的操作系統(tǒng)而言，計(jì)算機(jī)將分三批逐次加載操作系統(tǒng)的代碼，第一批由BIOS中斷int 0x19將?第一扇區(qū)bootsect的內(nèi)容加載到內(nèi)存；第二批和第三批在bootsect的指揮下，分別加載后面扇區(qū)的內(nèi)容到內(nèi)存中。

經(jīng)過執(zhí)行一系列的BIOS代碼后，計(jì)算機(jī)完成了自檢等操作，計(jì)算機(jī)硬件體系會(huì)與BIOS聯(lián)合操作，讓cpu接收到一個(gè)int 0x19中斷，cpu接收到這個(gè)中斷后，會(huì)立即在中斷向量表中找到int 0x19中斷向量，此時(shí)會(huì)找到對應(yīng)的中斷服務(wù)程序，并由該中斷服務(wù)程序?qū)⒂脖P中第一個(gè)扇區(qū)的引導(dǎo)程序加在到內(nèi)存中的指定位置。

隨后，在引導(dǎo)程序的作用下，陸續(xù)將操作系統(tǒng)的其他程序載入內(nèi)存，完成實(shí)模式到保護(hù)模式的轉(zhuǎn)變，為執(zhí)行操作系統(tǒng)的入口函數(shù)main做準(zhǔn)備，后面就是操作系統(tǒng)的初始化工作了，最后完成計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)。

Android手機(jī)的啟動(dòng)過程

Android系統(tǒng)雖然也是基于linux系統(tǒng)的，但是由于Android屬于嵌入式設(shè)備，并沒有像pc那樣的BIOS程序。

取而代之的是Bootloader?——系統(tǒng)啟動(dòng)加載器。它類似于BIOS，在系統(tǒng)加載前，用以初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間的映像圖，為最終調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好環(huán)境。

在Android里沒有硬盤，而是ROM?，它類似于硬盤存放操作系統(tǒng)，用戶程序等。ROM跟硬盤一樣也會(huì)劃分為不同的區(qū)域，用于放置不同的程序，在Android中主要?jiǎng)澐譃橐幌聨讉€(gè)分區(qū)：

• /boot：存放引導(dǎo)程序，包括內(nèi)核和內(nèi)存操作程序

• /system：相當(dāng)于電腦c盤，存放Android系統(tǒng)及系統(tǒng)應(yīng)用

• /recovery：恢復(fù)分區(qū)，可以進(jìn)入該分區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)

• /data：用戶數(shù)據(jù)區(qū)，包含了用戶的數(shù)據(jù)：聯(lián)系人、短信、設(shè)置、用戶安裝的程序

• /cache：安卓系統(tǒng)緩存區(qū)，保存系統(tǒng)最常訪問的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序

• /misc：包含一些雜項(xiàng)內(nèi)容，如系統(tǒng)設(shè)置和系統(tǒng)功能啟用禁用設(shè)置

• /sdcard：用戶自己的存儲(chǔ)區(qū)，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(yīng)該跟pc一樣，當(dāng)開機(jī)加電的時(shí)候，cpu會(huì)從cpu制造廠商預(yù)設(shè)的地址上取指令，這個(gè)地址是各廠商約定俗稱的，類似于上面80x86架構(gòu)里的0xFFFF0地址，因此Android手機(jī)會(huì)將固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備ROM預(yù)先映射到該地址上，當(dāng)開機(jī)加電的時(shí)候，cpu就會(huì)從該地址執(zhí)行/boot分區(qū)下的Bootloader程序，載入linux內(nèi)核到RAM中。

當(dāng)linux內(nèi)核啟動(dòng)后會(huì)初始化各種軟硬件環(huán)境，加載驅(qū)動(dòng)程序，掛載根文件系統(tǒng)，并開始執(zhí)行根文件系統(tǒng)的init程序，init程序是Android啟動(dòng)過程中最重要的核心程序。

init進(jìn)程是Android系統(tǒng)中用戶進(jìn)程的鼻祖進(jìn)程。init進(jìn)程會(huì)啟動(dòng)各種系統(tǒng)本地服務(wù)，如：Media Server、Service Manager、bootanim（開機(jī)動(dòng)畫）等。init進(jìn)程會(huì)在解析init.rc文件后fork出Zygote，而Zygote是所有Java進(jìn)程的父進(jìn)程，我們的App都是由Zygote fork出來的。
Zygote進(jìn)程主要包含：

• 加載ZygoteInit類，注冊Zygote Socket服務(wù)端套接字；

• 加載虛擬機(jī)；

• 預(yù)加載Android核心類

• 預(yù)加載系統(tǒng)資源

隨后Zygote進(jìn)程會(huì)fork出System Server進(jìn)程，System Server進(jìn)程負(fù)責(zé)啟動(dòng)和管理整個(gè)framework，包括Activity Manager，PowerManager等服務(wù)。

當(dāng)System Server將系統(tǒng)服務(wù)啟動(dòng)就緒后，就會(huì)通知ActivityManager啟動(dòng)首個(gè)Android程序Home即我們看到的桌面程序。

至此，從Android手機(jī)開機(jī)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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