Android系统启动-init篇
trns6994
8年前
<p>基于Android 6.0的源码剖析， 分析Android启动过程进程号为1的init进程的工作内容</p> <pre> <code class="language-java">/system/core/init/Init.h /system/core/init/Init.cpp /system/core/init/Init_parser.h /system/core/init/Init_parser.cpp /system/core/init/Signal_handler.h /system/core/init/Signal_handler.cpp </code></pre> <h2>一、概述</h2> <p>init是Linux系统中用户空间的第一个进程，进程号为1。Kernel启动后，在用户空间，启动init进程，并调用init中的main()方法执行init进程的职责。对于init进程的功能分为4部分：</p> <ul> <li>分析和运行所有的init.rc文件;</li> <li>生成设备驱动节点; （通过rc文件创建）</li> <li>处理子进程的终止(signal方式);</li> <li>提供属性服务。</li> </ul> <h3>主方法main()</h3> <p>下面展示main()方法的骨干逻辑：</p> <pre> <code class="language-java">int main(int argc, char** argv) { ... klog_init(); //初始化kernel log property_init(); //创建一块共享的内存空间，用于属性服务 signal_handler_init(); //初始化子进程退出的信号处理过程 property_load_boot_defaults(); //加载/default.prop文件 start_property_service(); //启动属性服务器(通过socket通信) init_parse_config_file("/init.rc"); //解析init.rc文件 //执行rc文件中触发器为 on early-init的语句 action_for_each_trigger("early-init", action_add_queue_tail); //执行rc文件中触发器为 on init的语句 action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail); //执行rc文件中触发器为 on late-init的语句 action_for_each_trigger("late-init", action_add_queue_tail); while (true) { if (!waiting_for_exec) { execute_one_command(); restart_processes(); } int timeout = -1; if (process_needs_restart) { timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000; if (timeout < 0) timeout = 0; } if (!action_queue_empty() || cur_action) { timeout = 0; } epoll_event ev; //循环 等待事件发生 int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout)); if (nr == -1) { ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno)); } else if (nr == 1) { ((void (*)()) ev.data.ptr)(); } } return 0; } </code></pre> <h2>二、信号处理</h2> <p>在init.cpp的main()方法中，通过signal_handler_init()来初始化信号处理过程。</p> <h3>1. 初始化signal句柄</h3> <p>signal_handler.cpp</p> <p>【1-1】signal_handler_init</p> <pre> <code class="language-java">void signal_handler_init() { //创建信号SIGCHLD的机制 int s[2]; // 调用一对已连接好的socket（socketpair是syscall命令） if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC, 0, s) == -1) { ERROR("socketpair failed: %s\n", strerror(errno)); exit(1); } signal_write_fd = s[0]; signal_read_fd = s[1]; //当捕获信号SIGCHLD，则写入signal_write_fd struct sigaction act; memset(&act, 0, sizeof(act)); act.sa_handler = SIGCHLD_handler; 【见流程1-2】 //SA_NOCLDSTOP使init进程只有在其子进程终止时才会受到SIGCHLD信号 act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP; sigaction(SIGCHLD, &act, 0); reap_any_outstanding_children(); 【见流程2-1】 //对于handle_signal 【见流程2-3】 register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal); //【见流程4】 } </code></pre> <p>每个进程在处理其他进程发送的signal信号时都需要先注册，当进程的运行状态改变或终止时会产生某种signal信号，init进程是所有用户空间进程的父进程，当其子进程终止时产生SIGCHLD信号，init进程调用信号安装函数sigaction()，传递参数给sigaction结构体，便完成信号处理的过程。</p> <p>【1-2】SIGCHLD_handler</p> <pre> <code class="language-java">static void SIGCHLD_handler(int) { //向signal_write_fd写入1，直到成功为止 if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(signal_write_fd, "1", 1)) == -1) { ERROR("write(signal_write_fd) failed: %s\n", strerror(errno)); } } </code></pre> <p>【1-3】handle_signal</p> <pre> <code class="language-java">static void handle_signal() { char buf[32]; //读取signal_read_fd数据，放入buf read(signal_read_fd, buf, sizeof(buf)); reap_any_outstanding_children(); 【见流程3-1】 } </code></pre> <ul> <li>SIGCHLD_handler：向signal_write_fd写入1；</li> <li>handle_signal：读取signal_read_fd数据，放入buf；</li> </ul> <h3>3. 循环处理子进程</h3> <p>signal_handler.cpp</p> <p>【2-1】reap_any_outstanding_children</p> <pre> <code class="language-java">static void reap_any_outstanding_children() { while (wait_for_one_process()) { 【见流程2-2】 } } </code></pre> <p>【2-2】wait_for_one_process</p> <pre> <code class="language-java">static bool wait_for_one_process() { int status; //等待任意子进程，如果子进程没有退出则返回0，否则则返回该子进程pid。 pid_t pid = TEMP_FAILURE_RETRY(waitpid(-1, &status, WNOHANG)); if (pid == 0) { return false; } else if (pid == -1) { ERROR("waitpid failed: %s\n", strerror(errno)); return false; } service* svc = service_find_by_pid(pid); //根据pid查找到相应的service std::string name; if (!svc) { return true; } //当flags为RESTART，且不是ONESHOT时，先kill进程组内所有的子进程或子线程 if (!(svc->flags & SVC_ONESHOT) || (svc->flags & SVC_RESTART)) { kill(-pid, SIGKILL); } //移除当前服务svc中的所有创建过的socket for (socketinfo* si = svc->sockets; si; si = si->next) { char tmp[128]; snprintf(tmp, sizeof(tmp), ANDROID_SOCKET_DIR"/%s", si->name); unlink(tmp); } //当flags为EXEC时，释放相应的服务 if (svc->flags & SVC_EXEC) { INFO("SVC_EXEC pid %d finished...\n", svc->pid); waiting_for_exec = false; list_remove(&svc->slist); free(svc->name); free(svc); return true; } svc->pid = 0; svc->flags &= (~SVC_RUNNING); //对于ONESHOT服务，使其进入disabled状态 if ((svc->flags & SVC_ONESHOT) && !(svc->flags & SVC_RESTART)) { svc->flags |= SVC_DISABLED; } //禁用和重置的服务，都不再自动重启 if (svc->flags & (SVC_DISABLED | SVC_RESET)) { svc->NotifyStateChange("stopped"); //设置相应的service状态为stopped return true; } //服务在4分钟内重启次数超过4次，则重启手机进入recovery模式 time_t now = gettime(); if ((svc->flags & SVC_CRITICAL) && !(svc->flags & SVC_RESTART)) { if (svc->time_crashed + CRITICAL_CRASH_WINDOW >= now) { if (++svc->nr_crashed > CRITICAL_CRASH_THRESHOLD) { android_reboot(ANDROID_RB_RESTART2, 0, "recovery"); return true; } } else { svc->time_crashed = now; svc->nr_crashed = 1; } } svc->flags &= (~SVC_RESTART); svc->flags |= SVC_RESTARTING; //执行当前service中所有onrestart命令 struct listnode* node; list_for_each(node, &svc->onrestart.commands) { command* cmd = node_to_item(node, struct command, clist); cmd->func(cmd->nargs, cmd->args); } //设置相应的service状态为restarting svc->NotifyStateChange("restarting"); return true; } </code></pre> <p>另外：通过 getprop | grep init.svc 可查看所有的service运行状态。状态总共分为：running, stopped, restarting</p> <h3>3. 注册epoll句柄</h3> <p>signal_handler.cpp</p> <pre> <code class="language-java">void register_epoll_handler(int fd, void (*fn)()) { epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN; //可读 ev.data.ptr = reinterpret_cast<void*>(fn); //将fd的可读事件加入到epoll_fd的监听队列中 if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1) { ERROR("epoll_ctl failed: %s\n", strerror(errno)); } } </code></pre> <h3>4. 处理子进程的终止</h3> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/815ee845dc6f03bbb63148739c540c5b.jpg"></p> <p>当init子进程退出时，会产生SIGCHLD信号，并发送给init进程，通过socket套接字传递数据，调用到wait_for_one_process()方法，根据是否是oneshot，来决定是重启子进程，还是放弃启动。</p> <h2>三、rc文件语法</h2> <p>rc文件语法是以行尾单位，以空格间隔的语法，以#开始代表注释行。rc文件主要包含Action、Service、Command、Options，其中对于Action和Service的名称都是唯一的，对于重复的命名视为无效。</p> <h3>1. 动作Action</h3> <p>Action： 通过trigger，即以 on开头的语句，决定何时执行相应的service。</p> <ul> <li>on early-init; 在初始化早期阶段触发；</li> <li>on init; 在初始化阶段触发；</li> <li>on late-init; 在初始化晚期阶段触发；</li> <li>on boot/charger： 当系统启动/充电时触发，还包含其他情况，此处不一一列举；</li> <li>on property:<key>=<value>: 当属性值满足条件时触发；</li> </ul> <h3>2. 服务Service</h3> <p>服务Service，以 service开头，由init进程启动，一般运行于另外一个init的子进程，所以启动service前需要判断对应的可执行文件是否存在。init生成的子进程，定义在rc文件，其中每一个service，在启动时会通过fork方式生成子进程。</p> <p>例如： service servicemanager /system/bin/servicemanager 代表的是服务名为servicemanager，服务的路径，也就是服务执行操作时运行/system/bin/servicemanager。</p> <h3>3. 命令Command</h3> <p>下面列举常用的命令</p> <ul> <li>class_start <service_class_name>： 启动属于同一个class的所有服务；</li> <li>start <service_name>： 启动指定的服务，若已启动则跳过；</li> <li>stop <service_name>： 停止正在运行的服务</li> <li>setprop <name> <value>：设置属性值</li> <li>mkdir <path>：创建指定目录</li> <li>symlink <target> <sym_link>： 创建连接到<target>的<sym_link>符号链接；</li> <li>write <path> <string>： 向文件path中写入字符串；</li> <li>exec： fork并执行，会阻塞init进程直到程序完毕；</li> <li>exprot <name> <name>：设定环境变量；</li> <li>loglevel <level>：设置log级别</li> </ul> <h3>4. 可选操作Options</h3> <p>Options是Services的可选项，与service配合使用</p> <ul> <li>disabled: 不随class自动启动，只有根据service名才启动；</li> <li>oneshot: service退出后不再重启；</li> <li>user/group： 设置执行服务的用户/用户组，默认都是root；</li> <li>class：设置所属的类名，当所属类启动/退出时，服务也启动/停止，默认为default；</li> <li>onrestart:当服务重启时执行相应命令；</li> <li>socket: 创建名为 /dev/socket/<name> 的socket</li> <li>critical: 在规定时间内该service不断重启，则系统会重启并进入恢复模式</li> </ul> <p>default:意味着disabled=false，oneshot=false，critical=false。</p> <p>所有的Service里面只有servicemanager ，zygote ，surfaceflinger这3个service有 onrestart 关键字来触发其他service启动过程。</p> <pre> <code class="language-java">//zygote可触发media、netd重启 service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class main socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd //servicemanager可触发healthd、zygote、media、surfaceflinger、drm重启 service servicemanager /system/bin/servicemanager class core user system group system critical onrestart restart healthd onrestart restart zygote onrestart restart media onrestart restart surfaceflinger onrestart restart drm //surfaceflinger可触发zygote重启 service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger class core user system group graphics drmrpc onrestart restart zygote </code></pre> <h2>四、创建Zygote</h2> <p>在init.zygote.rc文件中，zygote服务定义如下：</p> <pre> <code class="language-java">service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class main socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd </code></pre> <p>通过 Init_parser.cpp 完成整个service解析工作，此处就不详细展开讲解析过程，该过程主要是创建一个名”zygote”的service结构体，一个socketinfo结构体(用于socket通信)，以及一个包含4个onrestart的action结构体。</p> <p>Zygote服务会随着main class的启动而启动，退出后会由init重启zygote，即使多次重启也不会进入recovery模式。zygote所对应的可执行文件是/system/bin/app_process，通过调用 pid =fork() 创建子进程，通过 execve(svc->args[0], (char**)svc->args, (char**) ENV) ，进入App_main.cpp的main()函数。故zygote是通过fork和execv共同创建的。</p> <p>流程如下：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/a434e637e742da1676a319dfc18be37a.jpg"></p> <p>而关于Zygote重启在前面的信号处理过程中讲过，是处理SIGCHLD信号，init进程重启zygote进程，更多关于Zygote内容见Zygote篇。</p> <h2>五、属性服务</h2> <p>当某个进程A，通过property_set()修改属性值后，init进程会检查访问权限，当权限满足要求后，则更改相应的属性值，属性值一旦改变则会触发相应的触发器（即rc文件中的on开头的语句)，在Android Shared Memmory（共享内存区域）中有一个_system_property_area_区域，里面记录着素有的属性值。对于进程A通过property_get（）方法，获取的也是该共享内存区域的属性值。</p> <p>property_service.cpp</p> <pre> <code class="language-java">void property_init() { //用于保证只初始化_system_property_area_区域一次 if (property_area_initialized) { return; } property_area_initialized = true; if (__system_property_area_init()) { return; } pa_workspace.size = 0; pa_workspace.fd = open(PROP_FILENAME, O_RDONLY | O_NOFOLLOW | O_CLOEXEC); if (pa_workspace.fd == -1) { ERROR("Failed to open %s: %s\n", PROP_FILENAME, strerror(errno)); return; } } </code></pre> <p>在properyty_init函数中，先调用init_property_area函数，创建一块用于存储属性的共享内存，而共享内存是可以跨进程的。</p> <p>关于加载的prop文件</p> <p>通过 load_all_load_all_propsprops() 方法，加载以下：</p> <ol> <li>/system/build.prop；</li> <li>/vendor/build.prop；</li> <li>/factory/factory.prop；</li> <li>/data/local.prop；</li> <li>/data/property路径下的persist属性</li> </ol> <p>对于属性：</p> <ul> <li>属性名以ctl开头，则认为是控制消息，控制消息用来执行一些命令。如：setprop ctl.start bootanim查看开机动画，setprop ctl.stop bootanim 关闭开机动画</li> <li>属性名以ro.开头，则表示是只读的，不能设置，所以直接返回。</li> <li>属性名以persist.开头，则需要把这些值写到对应文件中去。</li> </ul> <p>来自： <a href="/misc/goto?guid=4959673004102556399" rel="nofollow">http://www.yuanhh.com/2016/02/05/android-init</a></p>