Android 启动的那些事

术语

• rootdir：根目录（/）。所有文件/文件夹/文件系统都存储在或挂载在 rootdir 下。在 Android 上，文件系统可能是 rootfs 或 system 分区。
• initramfs：Android boot 镜像中 Linux 内核将用作 rootfs 的部分。人们也互换使用术语 ramdisk
• recovery 和 boot 分区：这 2 个实际上非常相似：两者都是包含 ramdisk 和 Linux 内核（加上一些其他内容）的 Android boot 镜像。唯一的区别是启动 boot 分区将带我们进入 Android，而 recovery 有一个用于修复和升级设备的极简独立 Linux 环境。
• SAR：System-as-root。即设备使用 system 作为 rootdir 而不是 rootfs
• A/B, A-only：对于支持无缝系统更新的设备，它将有 2 个所有只读分区的槽位；我们称这些为 A/B 设备。为了区分，非 A/B 设备将被称为 A-only
• 2SI：Two Stage Init。Android 10+ 的启动方式。更多信息稍后。

以下是更精确定义设备 Android 版本的几个参数：

• LV：Launch Version。设备发布时的 Android 版本。即设备首次上市时预装的 Android 版本。
• RV：Running Version。设备当前运行的 Android 版本。

我们将使用 Android API 级别来表示 LV 和 RV。API 级别和 Android 版本之间的映射可以在此表中看到。例如：Pixel XL 发布时搭载 Android 7.1，正在运行 Android 10，这些参数将是 (LV = 25, RV = 29)

启动方法

Android 启动可以大致分为 3 种主要不同的方法。我们提供一个通用经验法则来确定你的设备最可能使用哪种方法，并单独列出例外情况。

方法	初始 rootdir	最终 rootdir
A	rootfs	rootfs
B	system	system
C	rootfs	system

• 方法 A - 旧版 ramdisk：这是_所有_ Android 设备过去启动的方式（美好的旧时光）。内核使用 initramfs 作为 rootdir，并执行 /init 启动。
  • 不符合方法 B 和 C 标准的任何设备
• 方法 B - 旧版 SAR：此方法首次出现在 Pixel 1 上。内核直接将 system 分区挂载为 rootdir 并执行 /init 启动。
  • 具有 (LV = 28) 的设备
  • Google：Pixel 1 和 2。Pixel 3 和 3a 当 (RV = 28) 时。
  • OnePlus：6 - 7
  • 可能一些 (LV < 29) Android Go 设备？
• 方法 C - 2SI ramdisk SAR：此方法首次出现在 Pixel 3 Android 10 开发者预览中。内核使用 initramfs 作为 rootdir 并在 rootfs 中执行 /init。此 init 负责挂载 system 分区并将其用作新的 rootdir，然后最终执行 /system/bin/init 启动。
  • 具有 (LV >= 29) 的设备
  • 具有 (LV < 28, RV >= 29) 的设备，排除那些已经使用方法 B 的设备
  • Google：Pixel 3 和 3a 当 (RV >= 29) 时

讨论

从在线文档来看，Google 对 SAR 的定义仅考虑内核如何启动设备（上表中的初始 rootdir），这意味着只有使用方法 B 的设备才被 Google 官方视为 SAR 设备。

然而对于 Magisk，真正的区别在于设备完全启动时最终使用什么（上表中的最终 rootdir），这意味着就 Magisk 而言，方法 B 和 C 都是 SAR 的一种形式，只是实现方式不同。本文档后面提到的每个 SAR 实例都将指Magisk 的定义，除非特别说明。

方法 C 的标准有点复杂，通俗地说：要么你的设备足够现代，出厂时搭载 Android 10+，要么你在一个使用方法 A 的设备上运行 Android 10+ 自定义 ROM。

• 任何运行 Android 10+ 的方法 A 设备将自动使用方法 C
• 方法 B 设备卡在方法 B，唯一的例外是 Pixel 3 和 3a，Google 改造了设备以适应新方法。

SAR 是 Project Treble 的重要组成部分，因为 rootdir 应该与平台绑定。这也是方法 B 和 C 带有 (LV >= ver) 标准的原因，因为 Google 每年都强制所有 OEM 遵守更新的要求。

一些历史

当 Google 发布第一代 Pixel 时，它还引入了 A/B（无缝）系统更新。由于存储大小问题，与 A-only 相比有几个差异，最相关的是移除了 recovery 分区，recovery ramdisk 被合并到 boot 中。

让我们回到 Google 首次设计 A/B 的时候。如果使用 SAR（当时只有启动方法 B 存在），内核不需要 initramfs 来启动 Android（因为 rootdir 在 system 中）。这意味着我们可以聪明地将 recovery ramdisk（包含极简 Linux 环境）塞入 boot，移除 recovery，并让内核根据引导加载程序的信息选择使用哪个 rootdir（ramdisk 或 system）。

随着时间从 Android 7.1 推移到 Android 10，Google 引入了动态分区。这对 SAR 来说是坏消息，因为 Linux 内核无法直接理解这种新的分区格式，因此无法直接将 system 挂载为 rootdir。这就是他们提出启动方法 C 的时候：始终启动到 initramfs，并让用户空间处理其余的启动过程。这包括决定是启动到 Android 还是 recovery，或者他们官方称呼的：USES_RECOVERY_AS_BOOT。

一些使用带有 2SI 的 A/B 的现代设备也带有 recovery_a/_b 分区。这在 Google 的标准中是官方支持的。这些设备将只使用 boot ramdisk 启动到 Android，因为 recovery 存储在单独的分区中。

拼凑在一起

有了以上所有知识，我们现在可以将所有 Android 设备分类为这些不同的类型：

类型	启动方法	分区	2SI	boot 中的 Ramdisk
I	A	A-only	否	boot ramdisk
II	B	A/B	任意	recovery ramdisk
III	B	A-only	任意	不可用
IV	C	任意	是	混合 ramdisk

这些类型按它们首次可用的时间顺序排列。

• 类型 I：经典的旧版 ramdisk 启动
• 类型 II：旧版 A/B 设备。Pixel 1 是此类型的第一个设备，既是第一个 A/B 也是第一个 SAR 设备
• 类型 III：2018 年末 - 2019 年的 A-only 设备。就 Magisk 而言，有史以来最糟糕的设备类型。
• 类型 IV：所有使用启动方法 C 的设备都是类型 IV。A/B 类型 IV ramdisk 可以根据引导加载程序的信息启动到 Android 或 recovery；A-only 类型 IV ramdisk 只能启动到 Android。

关于类型 III 设备的更多细节：Magisk 总是安装在 boot 镜像的 ramdisk 中。对于所有其他设备类型，因为它们的 boot 分区包含 ramdisk，Magisk 可以很容易地通过 Magisk 应用修补 boot 镜像或在自定义 recovery 中刷入 zip 来安装。然而对于类型 III 设备，它们只能将 Magisk 安装到 recovery 分区。Magisk 在正常启动时不会运行；相反，类型 III 设备所有者必须始终重启到 recovery 以保持 Magisk 访问。

一些类型 III 设备的引导加载程序仍然会接受并提供手动添加到 boot 镜像中的 initramfs 给内核（例如一些小米手机），但许多设备不会（例如三星 S10、Note 10）。这完全取决于 OEM 如何实现其引导加载程序。