Android系统启动流程详解
Android系统的启动流程是一个复杂的过程，涉及从硬件初始化到应用程序加载的多个阶段。下面我将详细描述Android系统的完整启动流程。
1. Boot ROM阶段（上电启动）
当用户按下电源键后，Android设备启动的第一阶段是Boot ROM代码执行：
- CPU复位：电源键按下后，CPU是最后被复位的器件（防止CPU先于I/O设备或内存初始化导致失败）
- 执行ROM代码：CPU复位后程序计数器(PC)指向ROM的零地址，开始执行固化的启动代码
- Bootloader加载：ROM代码初始化部分硬件并加载Bootloader到RAM中
Boot ROM根据存储介质不同有两种启动方式：
- NOR Flash启动：支持字节寻址，可直接执行ROM中的Bootloader
- NAND Flash启动：不支持字节寻址，需先将Bootloader复制到RAM再执行
2. Bootloader阶段
Bootloader是Android系统启动前运行的小程序，主要功能包括：
- 硬件初始化：初始化显示器、键盘、控制台等硬件设备
- 内存设置：建立内存映射，为内核启动准备环境
- 内核加载：找到并加载压缩的Linux内核镜像(zImage)到内存
- 安全验证：检查内核的数字签名（厂商通常会锁定Bootloader）
Bootloader通常分为两个阶段：
- IPL(Initial Program Load)：检测外部RAM并加载SPL
- SPL(Second Program Load)：初始化更多硬件，加载内核并转移控制权
3. Linux内核启动阶段
内核启动后主要完成以下工作：
内核初始化：
- 设置缓存、受保护内存、调度列表
- 创建异常向量表和初始化中断处理函数
- 初始化内存管理和进程通信机制
驱动加载：
- 静态加载：编译进内核的驱动自动加载
- 动态加载：通过LKM(Loadable Kernel Module)机制加载，如Binder驱动
Android特有定制：
- Binder：Android特有的IPC机制
- Ashmem：Android共享内存
- Logger：支持logcat日志
- Wake locks：电源管理机制
启动init进程：内核最后会在系统文件中查找并启动init进程(pid=1)
4. Init进程阶段
Init是Android系统的第一个用户空间进程，主要职责包括：
- 挂载文件系统：如/sys、/dev、/proc等目录
- 初始化属性服务：在共享内存中初始化和存储系统属性
- 解析init.rc脚本：执行Android初始化语言(AIL)定义的命令
init.rc文件主要包含四种类型声明：
- Actions：以触发器决定是否执行的动作序列
- Services：init进程启动的程序，退出时可自动重启
- Commands：执行的命令
- Options：服务的描述选项
启动关键服务：
- 启动ServiceManager(binder服务管家)
- 启动bootanim(开机动画服务)
- 启动ueventd、logd等守护进程
孵化Zygote进程：通过解析init.zygoteXX.rc文件启动Zygote
5. Zygote进程阶段
Zygote(孵化器)是Android系统的第一个Java进程，主要功能：
- 创建虚拟机：初始化Dalvik/ART虚拟机
- 预加载资源：
- 预加载Java类(/frameworks/base/preloaded-classes)
- 预加载资源(主题、布局等)
- 建立Socket服务：注册服务器套接字等待AMS请求
- 启动SystemServer：通过fork方式创建系统服务进程
Zygote的设计解决了两个关键问题：
- 快速启动：通过预加载共享库减少应用启动时间
- 内存优化：通过COW(Copy-On-Write)机制共享只读内存
6. SystemServer进程阶段
SystemServer是Zygote孵化的第一个进程，负责启动和管理所有Java框架层服务：
初始化主线程：创建MainLooper和SystemServiceManager
启动引导服务：
- ActivityManagerService(AMS)：管理四大组件
- PackageManagerService(PMS)：管理APK安装和权限
- PowerManagerService：电源管理
启动核心服务：
- BatteryService：电池状态监控
- WebViewUpdateService：WebView更新
启动其他服务：
- WindowManagerService(WMS)：窗口管理
- BluetoothService：蓝牙服务
- CameraService：相机服务
系统就绪：所有服务启动后调用systemReady()通知各服务
7. Launcher启动阶段
系统服务的最后阶段是启动Launcher：
启动SystemUI：包括状态栏、导航栏等系统UI
关闭开机动画：WMS通知SurfaceFlinger关闭动画
启动Launcher：
- PMS返回已安装应用信息
- AMS启动HOME类型的Activity
- 显示应用图标和桌面
发送启动完成广播：ACTION_BOOT_COMPLETED通知系统启动完成
8. 整体流程总结
Android系统启动的整体流程可以简化为以下步骤：
- Boot ROM → Bootloader → Linux Kernel → Init进程
- Init → Zygote → SystemServer
- SystemServer → 核心服务 → Launcher
每个阶段都依赖于前一阶段的成功执行，共同构成了Android系统从硬件上电到用户界面显示的完整启动链条。理解这个流程对于Android系统开发、性能优化和问题排查都有重要意义。