当我们按下手机开机按键后，手机就会启动了。然后会看到 Logo，开机动画，最后会进入到手机桌面（Launcher），手机也就启动完成了。
我一直搞不明白，这个过程到底做了什么？为什么按一个按键，手机就启动了呢？
随着对 Android 的了解越来越多，直到阅读了源码，才逐渐解答了我的疑惑。如果你也有相同疑惑，请继续往下看，我将从源码的角度分析下 Android 系统启动的整个流程。
计算机是如何启动的？
智能手机相当于是精简版的计算机，我们先看看计算机是如何启动的？
首先熟悉一些概念，我们知道计算机的硬件包括：CPU、内存、硬盘、显卡、显示器、键盘、鼠标等其他输入输出设备。所有的软件（比如：操作系统）都是存放在硬盘上的，程序执行时需要将程序从硬盘上读取到内存中，然后加载到 CPU 中来运行的。
当我们按下开机键时，此时内存中什么都没有，因此需要借助某种方式，将操作系统加载到内存中，而完成这项任务的就是 BIOS。
BIOS
BIOS: Basic Input/Output System（基本输入输出系统），在 IBM PC 兼容系统上，是一种业界标准的固件接口（来自维基百科）。
BIOS 一般是主板芯片上的一个程序，计算机通电后，第一件事就是读取它。BIOS 程序启动后，首先会检查计算机硬件能否满足运行的基本条件，这个过程叫做「硬件自检」（Power-On Self-Test），缩写为 POST。
自检过程中如果硬件出现问题，主板会发出不同含义的蜂鸣，启动将中止。 如果没有问题，屏幕就会显示出 CPU，内存，硬盘等信息。也就是我们按下开机按键后经常看到的，屏幕上快速滚动各种提示。
硬件自检完成后，BIOS 会把控制权转交给下一阶段的启动程序。
这时 BIOS 需要知道，下一阶段的启动程序到底存放在哪一个设备当中。也就是说 BIOS 需要有一个外部存储设备的排序，排在前面的设备就是优先转交控制权的设备。 这种排序叫做启动排序，也就是我们平时进入 BIOS 界面（比如：按 F9/F10 等等，这里装过系统的小伙伴应该比较熟悉）时能看到的 Boot Sequence。
如果我们没有进行特殊操作的话，那么 BIOS 就会按照这个启动顺序将控制权交给下一个存储设备。 我们在使用 U 盘或者光盘之类的安装系统时就是在这里将启动顺序改变了，将本来要移交给硬盘的控制权交给了 U 盘或者光盘。
主引导记录
BIOS 按照启动顺序，把控制权转交给排在第一位的储存设备。第一存储设备被激活后，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的 512 个字节。
这最前面的 512 个字节，就叫做主引导记录（Master boot record，缩写为 MBR）。
主引导记录 MBR 是位于磁盘最前边的一段引导代码。它负责磁盘操作系统对磁盘进行读写时分区合法性的判别、分区引导信息的定位，它由磁盘操作系统在对硬盘进行初始化时产生的。
硬盘的主引导记录 MBR 是不属于任何一个操作系统的，它先于所有的操作系统而被调入内存，并发挥作用，然后才将控制权交给主分区内的操作系统，并用主分区信息表来管理硬盘。
MBR 只有512个字节，放不了太多东西。 它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。
主引导记录由三个部分组成：
- 第 1 - 446 字节：调用操作系统的机器码。
- 第 447 - 510 字节：分区表（Partition table）。
- 第 511 - 512 字节：主引导记录签名（0x55 和 0xAA）。
其中，第二部分「分区表」的作用，就是将硬盘分成若干个区。硬盘分区有很多好处，考虑到每个区可以安装不同的操作系统，「主引导记录」因此必须知道将控制权转交给哪个区。
分区表的长度只有 64 个字节，里面又分成四项，每项 16 个字节。所以，一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做「主分区」。
四个主分区里面，只有一个是激活的。计算机会读取激活分区的第一个扇区，叫做卷引导记录（Volume boot record，缩写为 VBR ）。卷引导记录的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个分区里的位置。
如果这 512 个字节的最后两个字节是 0x55 和 0xAA ，表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给启动顺序中的下一个设备。
当计算机加载 MBR 后，计算机会从 MBR 中知道当前硬盘的文件格式、硬盘分区情况、系统盘存放位置等信息，然后控制权将被移交给了系统盘所在的分区。
如果硬盘上装有多个系统的话，在找到可用的 MBR 后，计算机从 MBR 中读取前面 446 字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个分区，而是运行事先安装的启动管理器（boot loader），由用户选择启动哪一个操作系统。
Windows 中是 Boot Manager。
Linux 环境中，目前最流行的启动管理器是 Grub。
加载内核阶段
选择完操作系统后，控制权转交给操作系统，操作系统的内核首先被载入内存。
以 Linux 系统为例，先载入 /boot 目录下面的 kernel。 内核加载成功后，第一个运行的程序是 /sbin/init。 它根据配置文件（Debian 系统是 /etc/initab ）产生 init 进程。 这是 Linux 启动后的第一个用户进程，pid 进程编号为 1，其他进程都是它的后代。
然后，init 进程加载系统的各个模块，比如：窗口程序和网络程序，直至执行 /bin/login 程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。
至此，计算机全部启动过程完成。
Android 系统启动过程
了解了计算机的启动流程，我们再来看一下 Android 系统的启动过程。Android 系统是基于 Linux 内核的，所以启动过程与 Linux 系统有很多相似的地方。
由于 Android 属于嵌入式设备，并没有像计算机上那样的 BIOS 程序， 取而代之的是 Bootloader —— 系统启动加载器。 它类似于 BIOS，在系统加载前，用以初始化硬件设备，建立内存空间的映像图，为最终调用系统内核准备好环境。
在 Android 里没有硬盘，而是 ROM，它类似于硬盘存放操作系统，用户程序等。 ROM 跟硬盘一样也会划分为不同的区域，用于放置不同的程序，在 Android 中主要划分为一下几个分区：
- /boot：存放引导程序，包括内核和内存操作程序。
- /system：相当于电脑 C 盘，存放 Android 系统及系统应用。
- /recovery：恢复分区，可以进入该分区进行系统恢复。
- /data：用户数据区，包含了用户的数据：联系人、短信、设置、用户安装的程序。
- /cache：安卓系统缓存区，保存系统最常访问的数据和应用程序。
- /misc：包含一些杂项内容，如系统设置和系统功能启用禁用设置。
- /sdcard：用户自己的存储区，可以存放照片，音乐，视频等文件。
Bootloader
那么 Bootloader 是如何被加载的呢？
与计算机启动过程类似，当按下电源按键后，引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在 ROM 中的预设代码）开始执行，芯片上的 ROM 会寻找 Bootloader 代码，并加载到内存（RAM）中。
接着 Bootloader 开始执行，Bootloader 会读取 ROM 找到操作系统并将 Linux 内核加载到 RAM 中。
当 Linux 内核启动后会初始化各种软硬件环境，加载驱动程序，挂载根文件系统，Linux 内核加载的最后阶段会启动并执行第一个用户空间进程 init 进程。
Linux 内核
Android 系统本质上就是一个基于 Linux 内核的操作系统，与 Ubuntu Linux、Fedora Linux 类似，我们要了解 Android 系统，必定先要了解一些 Linux 内核的知识。
Linux 内核的东西特别多，本文也不可能全部讲完，本文主要介绍 Android 系统启动流程，所以这里主要介绍一些内核启动相关的知识。
Linux 内核启动过程主要涉及 3 个特殊的进程，swapper 进程（又称为 idle 进程，PID = 0）， init 进程（PID = 1）和 kthreadd 进程（PID = 2），这三个进程是内核的基础。
- idle 进程是 Linux 系统第一个进程，是 init 进程和 kthreadd 进程的父进程。
- init 进程是 Linux 系统第一个用户进程，是 Android 系统应用程序的始祖，我们的 app 都是直接或间接以它为父进程。
- kthreadd 进程是 Linux 系统内核管家，所有的内核线程都是直接或间接以它为父进程。
idle 进程
很多文章讲 Android 都从 init 进程讲起，它的进程号是 1，既然进程号是 1，那么有没有进程号是 0 的进程呢？其实是有的。
这个进程名字叫 init_task，后期会退化为「idle」，它是 Linux 系统的第一个进程（init 进程是第一个用户进程），也是唯一一个没有通过 fork 或者 kernel_thread 产生的进程，它在完成初始化操作后，主要负责进程调度、交换。
idle 进程是 Linux 系统的第一个进程，进程号是 0，在完成系统环境初始化工作之后，开启了两个重要的进程，init 进程和 kthreadd 进程，执行完创建工作之后，开启一个无限循环，负责进程的调度。
kthreadd 进程
kthreadd 进程由 idle 通过 kernel_thread 创建，并始终运行在内核空间, 负责所有内核线程的调度和管理，所有的内核线程都是直接或者间接的以 kthreadd为 父进程。
init 进程
init 进程启动分为前后两部分，前一部分是在内核启动的，主要是完成创建和内核初始化工作，内容都是跟 Linux 内核相关的；后一部分是在用户空间启动的，主要完成 Android 系统的初始化工作。
Android 系统一般会在根目录下放一个 init 的可执行文件，也就是说 Linux 系统的 init 进程在内核初始化完成后，就直接执行 init 这个文件，这个文件的源代码在 /system/core/init/init.cpp。
介绍到这里，我们来看下目前 Android 系统做了哪些工作，如下图：
总结
本文介绍的内容相对比较简单，主要是想带大家了解了一下计算机启动的流程，了解一下 Android 系统从按下电源键到 init 进程开始启动的过程，为以后的章节做下准备。
接下来的章节会涉及到 Android 系统源码，建议大家准备一下系统源码，对着源码学习会更加印象深刻，事半功倍。
源码基于：Android Oreo（8.0）
关于源码下载
可以参考下面方式下载 Android 源码：
也可以在线查看源码：
源码查看工具
源码查看工具推荐使用 Visual Studio Code 我用的就是这个，也可以使用 Source Insight 不过是要付费的，并且只有 Windows 平台，大家根据个人喜好自行选择就好。
参考资料
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