前面101篇文章都是分析Android系統源碼，似乎不夠接地氣。如果能讓Android系統源碼在真實設備上跑跑看效果，那該多好。這不就是傳說中的刷ROM嗎?刷ROM這個話題是老羅以前一直避免談的，因爲覺得沒有全面瞭解Android系統前就談ROM是不完整的。寫完了101篇文章後，老羅覺得第102篇文章該談談這個話題了，並且選擇CM這個有代表性的ROM來談，目標是加深大家對Android系統的瞭解。
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說起刷ROM的動機，除了上面說的用來看Android系統源碼在真實設備上的運行效果，還有很多值得說的。回想起PC時代，我們對我們自己擁有的設備(電腦)，基本上能做的就是在上面重裝系統。這個系統是廠商做好給我們的，裏面有什麼我們就用什麼，不能隨心所欲地定製。當然，如果你用的是Linux系統，你是可以隨心所欲地對它進行定製的。不過可惜的是，我們的女神用的都是Windows系統。你和女神說你想要什麼樣的Linux系統，我給你定製一個，她會不知道你說的是什麼——她需要的是一個不會中毒的又跑得快的Windows系統而已。現如今雖然很多女神用的是仍然是我們不能隨心所欲定製的iOS系統，但是在移動設備上，iOS系統畢竟不能做到Windows在PC那樣的一家獨大——我們還有不少女神是用Android系統的。所以，如果你現在和女神說，我可以幫你刷一個專屬的精簡Android系統，裏面沒有一堆你不需要的預裝軟件，會讓你的手機跑得很快，那女神得有多崇拜你啊。
當然，刷ROM的動機不能只是爲了讓女神崇拜，作爲一個程序猿，我們的首要任務是維護宇宙和平。怎麼維護呢?至少程序有BUG不能不改吧。你不改的話，老闆是不會放過你的。但是，碰到那些很棘手的BUG，怎麼辦呢?例如，你是一個Android應用開發者，調用一個API接口的時候，總是拋出一個異常，而這個異常不跟到API內部實現去看看實在是不知道什麼原因造成的。這時候，如果你手頭上有這個手機的系統源代碼，找這個API內部實現的地方，加一兩行調試代碼，再編譯回手機上去跑，是不是就很容易定位問題了呢?
所以說，會刷ROM，不只是可以獲得女神崇拜，還可以維護世界和平，作爲一個Android開發者，你還有什麼理由不去學習刷ROM呢?既然你決定學習刷ROM了，那你就得先搞清楚兩個問題：1. 什麼是刷ROM;2. 怎麼學習刷ROM。
在回答第一個問題之前，我們先來看看Android設備從硬件到系統的結構，如圖1所示：
圖1 Android系統架構
最底層的是各種硬件設備，往上一層是Bootloader。Bootloader是什麼概念呢?我們都知道，PC主板上有一小段程序叫做BIOS，主板加電時它是第一個跑起來的程序，負責初始化硬件，以及將OS啓動起來。在嵌入式世界裏(手機也是屬於嵌入式設備)，也有一小段類似BIOS的程序，不過它不叫BIOS，而是叫Bootloader。使用最廣泛的Bootloader是一個叫uboot的程序，它支持非常多的體系結構。經過編譯後，uboot會生成一個uboot.bin鏡像，將這個鏡像燒到設備上的一個特定分區去，就可以作爲Bootloader使用了。
Bootloader支持交互式啓動，也就是我們可以讓Bootloader初始化完成硬件之後，不是馬上去啓動OS，而是停留在當前狀態，等待用戶輸入命令告訴它接下來該幹什麼。這種啓動模塊就稱爲Fastboot模式。對於Android設備來說，我們可以通過adb reboot bootloader命令來讓它重新啓動並且進入到Fastboot模式中去。
在討論Fastboot模式之前，我們先了解一下嵌入式設備的ROM結構(NAND flash之類的芯片)。通常，一個能夠正常啓動的嵌入式設備的ROM包含有以下四個分區：
1. Bootloader分區，也就是存放uboot.bin的分區
2. Bootloader用來保存環境變量的分區
3. Kernel分區，也就是存放OS內核的分區
4. Rootfs分區，也就是存入系統第一個進程init對應的程序的分區
當設備處於Fastboot模式時，我們可以通過另外一個工具fastboot來讓設備執行指定的命令。對搞機者來說，最常用的命令就是刷入各種鏡像文件了，例如，往Kernel分區和Rootfs分區刷入指定的鏡像。
對於Android設備來說，當它處於Fastboot模式時，我們可以將一個包含有Kernel和Rootfs的Recovery.img鏡像通過fastboot工具刷入到一個稱爲設備上一個稱爲Recovery的分區去。這個過程就是刷Recovery了，它也是屬於刷ROM的一種。由於Recovery分區包含有Kernel和Rootfs，因此將Recovery.img刷入到設備後，我們就可以讓設備正常地啓動起來了。這種啓動方式就稱爲Recovery模式。 對於Android設備來說，我們可以通過adb reboot recovery命令來讓它進入到Recovery模式中去。
當設備處於Recovery模式時，我們可以做些什麼呢?答案是取決於刷入的Recovery.img所包含的Rootfs所包含的程序。更確切地說，是取決於Rootfs鏡像裏面的init程序都做了些什麼事情。不過顧名思義，Recovery就是用來恢復系統的意思，也包含有更新系統的意思。這裏所說的系統，是用戶正常使用的系統，裏面包含有Android運行時框架，使得我們可以在上面安裝和使用各種APP。
用戶正常使用Android設備時的系統，主要是包含有兩個分區：System分區和Boot分區。System分區包含有Android運行時框架、系統APP以及預裝的第三方APP等，而Boot分區包含有Kernel和Rootfs。刷入到System分區和Boot分區的兩個鏡像稱爲system.img和boot.img，我們通常將它們打包和壓縮爲一個zip文件，例如update.zip，並且將它上傳到Android設備上的sdcard上去。這樣當我們進入到Recovery模式時，就可以在Recovery界面上用我們之前上傳到sdcard的zip包來更新用戶正常使用Android設備時所用的系統了。這個過程就是通常所說的刷ROM了。寶泰金號
不知道大家看明白了沒有?廣義上的刷ROM，實際上包含更新Recovery和更新用戶正常使用的系統兩個意思;而狹義上的刷ROM，只是更新用戶正常使用的那個系統。更新Recovery需要進入到Fastboot模式中，而更新用戶正常使用的那個系統需要進入到Recovery模式中。Android設備在啓動的過程中，在默認情況下，一旦Bootloader啓動完成，就會直接啓動用戶正常使用的那個系統，而不會進入到Recovery模式，或者停留在Bootloader中，也就是停留在Fastboot模式中。只有通過特定的命令，例如adb reboot recovery和adb reboot bootloader，或者特定的按鍵，例如在設備啓動過程中同時按住音量減小鍵和電源開關鍵，才能讓設備進入到Recovery模式或者Fastboot模式中。
因此，一個完整的刷ROM過程，包含以下兩個步驟：
1. 讓設備進入到Fastboot模式，刷入一個recovery.img鏡像
2. 讓設備進入到Recovery模式，刷入一個包含system.img鏡像和boot.img鏡像的zip包
不過需要注意的是，system.img鏡像和boot.img鏡像不一定是只有在Recovery模式才能刷入，在Fastboot模式下也是可以刷入的，就像在Fastboot模式中刷入recovery.img鏡像一樣，只不過在Recovery模式下刷入它們更友好一些。說到這裏，就不得不說另外一個概念，就是所謂的Bootloader鎖。在鎖定Bootloader的情況下，我們是無法刷入非官方的recovery.img、system.img和boot.img鏡像的。這是跟廠商實現的Bootloader相關的，它們可以通過一定的算法(例如簽名)來驗證要刷入的鏡像是否是官方發佈的。在這種情況下，必須要對Bootloader進行解鎖，我們纔可以刷入非官方的鏡像。
好了，以上就回答了什麼是刷ROM這個問題，接下來我們要回答的是如常學習刷ROM這個問題。
前面我們提到了刷ROM的兩個步驟，實際上我們還少了一個重要的步驟，那就是先要製作recovery.img、system.img和boot.img。有人可能會說，網上不是很多現成的刷機包嗎?直接拿過來用不就是行了嗎?但是別忘了前面我們所說的刷ROM動機：隨心所欲地定製自己的系統。去拿別人制好的刷機包就失去了隨心所欲定製的能力。那就只能自己去編譯AOSP源碼生成刷機包了。
然而，從零開始從AOSP源碼中編譯出能在自己使用的手機上運行的系統，可不是一件容易的事情。不過，好在有很多現成的基於AOSP的第三方開源項目，可以編譯出來在目前市場上大部分的手機上運行。其中，最著名的就是CyanogenMod了，簡稱CM。國內大部分的第三方Android系統，都是基於CM來開發的，包括MIUI和錘子。堅固金業
選擇CM來講解刷ROM的過程是本文的主題。不過單就刷ROM這個過程來說，CM官網上已經有很詳細的過程，包括從CM源碼編譯出適用特定機型的刷機包，以及將編譯出來的刷機包刷到手機裏面去的過程。因此，本文不是單純地講解刷ROM過程，而是要結合原理來講解刷ROM過程的關鍵步驟，來達到幫助大家更進一步地理解Android的目的。
要真正做到理解CM ROM的刷機原理，除了要對Android系統本身有一定的認識之外，還熟練掌握Android的源碼管理系統和編譯系統。因此，在繼續閱讀下面的內容之前，希望可以先閱讀前面Android源代碼倉庫及其管理工具Repo分析和Android編譯系統簡要介紹和學習計劃這兩個系列的文章。