• 前言
• 2. Android虚拟机
  • 2.1 DVM虚拟机
    • 2.1.1 DVM与JVM的差异
  • 2.2 ART虚拟机
    • 2.2.1 ART和DVM的区别
• 3. APK打包流程
  • 3.1 android studio生成apk
• 4. Android系统加载流程
  • 4.1 Bootloader
  • 4.2 linux系统启动
  • 4.3 init进程
  • 4.4 Zygote进程
  • 4.5 SystemServer进程

前言

该文章为https://wsxk.github.io/android/
的后续
虽然不读前面的文章也无所谓(😄)

2. Android虚拟机

Android虚拟机指的是DVM虚拟机和ART虚拟机，都是用来在Android平台上运行java程序的虚拟机

2.1 DVM虚拟机

Dalvik虚拟机简称Dalvik VM或者DVM，是Google专门为Android平台开发的虚拟机，它运行在Android运行库中，需要注意的是DVM并不是一个Jvm虚拟机

2.1.1 DVM与JVM的差异

最显著的差异在于JVM是基于栈的虚拟机，DVM是基于寄存器的虚拟机
因为这个差异导致如下结果:

1. JVM基于栈的读写数据耗费指令更多，更费时；
2. DVM基于寄存器的读写数据耗费指令少，速度快，但是因为需要显式指定操作数，单个指令会比jvm的指令要长
3. 虽然DVM指令比jvm长，然而jvm需要的指令数目多，因此实际上占据的空间可能差不多

另外这两个虚拟机执行的字节码也有差异
下图是JVM虚拟机中Java代码从编写到执行的过程
下图是DVM虚拟机中java代码从编写到执行的过程
可以看到，其实DVM字节码是从java字节码通过dx/d8工具转换而来

2.2 ART虚拟机

ART虚拟机是Android4.4发布的，用来替换Dalvik虚拟机，Android 4.4默认采用的还是DVM，不过系统会提供一个选项来开启ART。在Android 5.0时，默认采用ART。

2.2.1 ART和DVM的区别

DVM虚拟机中应用每次运行时，字节码都需要通过即时编译器转换成机器码，这会使应用的运行效率降低
ART与DVM最大的区别是，ART虚拟机在安装apk程序时，对.dex文件进行了一次预编译，并将编译结果保存起来，这样不用每次运行程序都重新对.dex文件编译成机器码，提高程序的运行速率

3. APK打包流程

简单来说了，一个android项目经过编译和打包这个过程后，会形成apk文件，经过签名后，就可以通过adb安装到我们的手机上
下面这种图列出了从Android项目到apk的全过程

整个apk打包流程为：

1. 使用aapt来打包res资源文件，生成R.java、resources.arsc和res文件（二进制 & 非二进制如res/raw和pic保持原样）

   • res目录，有9种子目录
   • R.java文件。里面拥有很多个静态内部类，比如layout，string等。每当有这种资源添加时，就在R.java文件中添加一条静态内部类里的静态常量类成员，且所有成员都是int类型。
   • resources.arsc文件。这个文件记录了所有的应用程序资源目录的信息，包括每一个资源名称、类型、值、ID以及所配置的维度信息。我们可以将这个文件想象成是一个资源索引表，这个资源索引表在给定资源ID和设备配置信息的情况下，能够在应用程序的资源目录中快速地找到最匹配的资源。

2. AIDL，Android接口定义语言，Android提供的IPC的一种独特实现。这个阶段处理.aidl文件，生成对应的Java接口文件。
3. 通过Java Compiler编译R.java、Java接口文件、Java源文件，生成.class文件。
4. 通过d8.bat命令，将.class文件和第三方库中的.class文件处理生成classes.dex。
5. 将 classes.dex，resources.arsc，res文件夹(res/raw资源被原装不动地打包进APK之外，其它的资源都会被编译或者处理)、Other Resources(assets文件夹)，AndroidManifest.xml打包成apk文件。
6. 对apk进行签名，可以进行Debug和Release 签名。
7. release mode 下使用 aipalign 进行align，即对签名后的apk进行对齐处理。

   Zipalign是一个android平台上整理APK文件的工具，它对apk中未压缩的数据进行4字节对齐，对齐后就可以使用mmap函数读取文件，可以像读取内存一样对普通文件进行操作。如果没有4字节对齐，就必须显式的读取，这样比较缓慢并且会耗费额外的内存。 在 Android SDK 中包含一个名为 zipalign 的工具，它能够对打包后的 app 进行优化。 其位于 SDK 的 \build-tools\34.0.0\zipalign.exe 目录下

3.1 android studio生成apk

为了更加清晰的了解生成的apk文件里有什么，这里列出一些常见的目录和文件

4. Android系统加载流程

该图引用自https://www.jianshu.com/p/9f978d57c683
我认为能比较好的描述Android系统的加载流程

4.1 Bootloader

一般开机，即手机开始供电，运行的程序就是bootloader，其起始地址是固定的，取决于各个厂商
bootloader的作用就是将 系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为运行操作系统做好准备
bootloader第一个装载的是fastboot

1. 当fastboot被装载后便开始运行，它一般会先检测用户是否按下某些特别按键，这些特别按键是fastboot在编译时预先被约定好的，用于进入调试模式。如果用户没有按这些特别的按键，则fastboot会从NAND Flash中装载Linux内核，装载的地址是在编译fastboot时预先约定好的。
2. 如果你试过root android手机(如： pixel 2)，可以知道刷机时需要在fastboot的时候通过电脑把android镜像刷到手机中
3. fastboot的作用是初始化硬件环境，比如网口、SDRAM等等

4.2 linux系统启动

fastboot会装载linux内核
插播一个题外话，如果你装过linux系统，你会知道，实际上要安装是一个名为zImage的文件

zImage是一个压缩后的linux内核，包括以下几个部分：
1. head.o：是内核的头部文件，负责初始设置
2. misc.0：含有负责解压内核的代码
3. piggy.gzip.o： 使用gzip算法压缩的内核镜像代码

zImage是由vmlinux压缩得到的：
vmlinux 是 Linux 内核的一个重要文件，它是内核的未压缩可执行版本。
vmlinux 是在内核编译过程中生成的，包含了内核的全部代码和数据。
这个文件是 ELF（Executable and Linkable Format）格式的，这是一种常用的可执行文件和共享库的格式。
vmlinux对于调试来说是 非常非常非常 重要的！！！😀

回到正题，1. 装载linux内核的第一件事就是对内核镜像进行解压缩，并放到内存中
2. 第二阶段是进入内核的入口函数:start_kernel(),它主要完成剩余与硬件平台的相关初始化工作（包括设置体系结构相关的环境，初始化内存结构，建立MMU，页表 等等），在进行一些系列的与内核相关的初始化步骤后，调用第一个用户进程——init进程并等待用户进程的执行
linux在启动init进程前的最后一个步骤是挂载根文件系统（只读，此时linux还在启动阶段，并不稳定，设置只读是为了保证即使linux宕机了也不会损坏根牡蛎），启动init必须要有根文件系统，其至少要有如下几个目录：

• /etc/：存储重要的配置文件
• /bin/：存储常用且开机时必须用到的执行文件。
• /sbin/：存储着开机过程中所需的系统执行文件。
• /lib/：存储/bin/及/sbin/的执行文件所需要的链接库，以及Linux的内核模块
• /dev/：存储设备文件

之所以要挂在根文件系统，是因为需要安装适当的内核模块，以便驱动硬件设备,而init程序和内核模块(.ko)都存放在根目录中，没想到吧（
第三个阶段就是3. init程序启动 init服务负责后续初始化系统使用环境的工作,且之后如果有用户程序需要启动，都由init派生

4.3 init进程

inti进程作为第一个被内核启动的用户空间进程，主要做如下几个动作：

1. 初始化系统环境：init 进程负责设置系统环境，包括挂载文件系统、设置网络配置、初始化设备节点等。
2. 启动守护进程：init 进程会根据配置文件（如 /init.rc 和其他 .rc 文件）启动一系列的守护进程（daemons），这些进程负责系统的各种服务和功能，例如 logd（日志服务）、servicemanager（服务管理器）、surfaceflinger（显示系统服务）等。
3. 启动 Zygote 进程：init 进程会启动 Zygote 进程，它是 Android 应用程序和系统服务的基础。Zygote 进程加载 Java 虚拟机（ART 或 Dalvik）和预加载的类和资源，以便加快应用程序的启动速度。所有的 Android 应用程序都是通过从 Zygote 进程 fork 出来的，共享相同的虚拟机实例和预加载的资源。

需要详细了解代码的话，有高人相助https://www.jianshu.com/p/4e5909d24d65

4.4 Zygote进程

先前说过，所有的Android程序均有Zygote进程生成，但是Zygote跟传统的linux加载程序方式不同，如下图所示
传统linux都是通过fork+exec来启动程序， Zygote进程fork出来后，因为要执行的Dalvik的字节码，其他java环境的需要是一致的，所以只需要加载apk中的字节码解释执行即可，不需要通过exec来执行
通过这种方式来减少加载java环境的时间
了解详情https://www.jianshu.com/p/4e5909d24d65

4.5 SystemServer进程

systemserver进程由Zygote进程fork而来，其实该进程主要承接apk应用的所有服务需要，看图就知道了
解释：1. Android 系统中，Launcher 进程是指运行主屏幕（Home Screen）应用程序的进程,由Zygote进程生成
2. Binder是android提供的一种IPC通信机制(作为备选项，android的IPC通信机制以后在有需要时继续研究)
3. 总而言之，当我们触摸屏幕，点击某个apk，其实都是在和launcher进程进行交互，当要启动某个apk时，launcher会往system_server发送请求，system_server将请求转发给Zygote进程，Zygote进程fork新进程后，不再参与新进程任何后续应用的使用，相应的使用需求都需要通过System_server来解决