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Android的init进程启动过程

Android的init进程启动过程

作者: 枫寒 | 来源:发表于2016-09-28 17:38 被阅读1300次

    0. 前言

    Android中的内核启动后,kernel会启动第一个用户级别的进程:init,它是一个由内核启动的第一个用户级进程。
    我们可以通过 adb shell ps | grep init 来查看到他的pid 为 1.

    接下来从源码的角度看看init进程启动的时候做了什么?

    注:本文分析的andorid版本为 remotes/aosp/nougat-release.

    init进程的源码在android源码的: <Android源代码目录>/system/core/init 目录中。
    我们看到该目录下有一个Android.mk文件,至少看到如下内容,告诉我们会生成一个init的的可执行文件。

    LOCAL_MODULE:= init
    include $(BUILD_EXECUTABLE)
    

    而init的入口main函数是在init.cpp文件中定义的。

    1. 入口

    a. 命令行解析

    if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {    
          return ueventd_main(argc, argv);
    }
    if (!strcmp(basename(argv[0]), "watchdogd")) {    
          return watchdogd_main(argc, argv);
    }
    

    watchdog和uevent命令已经集成到了init, 它们在/sbin目录,是一个链接文件,直接链接到/init,所以当执行/sbin/eventd或/sbin/watchdogd时,将会进入对应的ueventd_main或watchdogd_main入口点。
    ueventd守护进程负责解析/ueventd.rc文件,并创建相应的设备结点等。
    watchdogd守护进程负责定时向 "/dev/watchdog"执行写操作,以判断系统是否正常运行。
    这两个进程不是本文讨论的重点,所以先忽略。。。

    b. 挂载根文件系统的目录

    mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");
    mkdir("/dev/pts", 0755);
    mkdir("/dev/socket", 0755);
    mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
    mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC));
    mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);
    mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL);
    mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11));
    

    分别挂载proc和和sysfs文件系统到/proc 和/sys目录
    close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000)); 在/dev目录创建一个空文件.booting来表示正在执行初始化
    InitKernelLogging(argv); 重定向标准输入,标准输出,标准错误输出到 /dev/null
    selinux_initialize(is_first_stage) 加载SELinux策略, 后面有一些初始化文件上下文的操作等

    3. 解析init.rc文件

    Parser& parser Parser::GetInstance();
    parser.AddSectionParser("service",std::make_unique<ServiceParser>());
    parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>());
    parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>());
    parser.ParseConfig("/init.rc");
    

    3.1. init.rc文件是以块(section)为单位组织的,一个section包含多行。section分为两大类:分别为“服务(service)”和“行为(action)”。
    3.2. “服务”块以关键字“service”开始,表示启动某个进程的方式和参数,“行为”块以关键字“on”开始,表示一堆命令的集合。每个块以关键字“service”或“on”开始,直到下一个“on”或“service”结束,中间所有行都属于这个“块”。
    3.3. 上面在解析init.rc文件时使用了Parser类(在init目录下的init_parser.h中定义), 初始化ServiceParser用来解析 “service”块,ActionParser用来解析"on"块,ImportParser用来解析“import”块,“import”是用来引入一个init配置文件,来扩展当前配置的。
    3.4. parser解析init.rc文件,/init.rc文件是<Android源代码目录>/system/core/rootdir/init.rc。
    3.5. <Android源代码目录>/system/core/init/readme.txt 中对init文件中的所有关键字做了介绍,主要包含了Actions, Commands, Services, Options, and Imports等
    3.6. 在ParseConfig解析完init脚本后,init会依次执行几个重要的阶段:

    1. 3.6.1. on early-init阶段
      am.QueueEventTrigger("early-init"); 执行on early-init 内容,主要包括 start ueventd 等

    2. 3.6.2. on init 阶段
      am.QueueEventTrigger("init"); 执行on init 内容,主要包括 创建/挂载一些目录,以及symlink等

    3. 3.6.3. on charger/late-init阶段
      // Don't mount filesystems or start core system services in charger mode.
      std::string bootmode = property_get("ro.bootmode");
      if (bootmode == "charger") {
      am.QueueEventTrigger("charger");
      } else {
      am.QueueEventTrigger("late-init");
      }
      如果是充电模式下启动 就会执行 on charger内容, 否则执行on late-init内容,在init.rc的on late-init
      看到很多trigger(触发器),用于执行对应的Action.
      trigger late-fs

       # Now we can mount /data. File encryption requires keymaster to decrypt
       # /data, which in turn can only be loaded when system properties are present.
       trigger post-fs-data
      
       # Load persist properties and override properties (if enabled) from /data.
       trigger load_persist_props_action
      
       # Remove a file to wake up anything waiting for firmware.
       trigger firmware_mounts_complete
      
       trigger early-boot
       trigger boot
      

    从最后两行可以看出,late-init 触发了on early-booton boot两个Action.

    1. 3.6.4. on boot 阶段
      on boot 的最后class_start core 会启动class为core的服务,这些服务包括ueventd、logd、healthd、adbd(disabled)、lmkd(LowMemoryKiller)、servicemanager、vold、debuggerd、surfaceflinger、bootanim(disabled)等

    2. 3.6.5. main服务的启动
      在main函数后面的for循环中,调用execute_one_command依次执行操作队列中的命令
      while (true) {
      if (!waiting_for_exec) {
      am.ExecuteOneCommand();
      restart_processes();
      }
      }
      在/init.rc的开头部分
      import /init.environ.rc
      import /init.usb.rc
      import /init.${ro.hardware}.rc
      import /init.usb.configfs.rc
      import /init.${ro.zygote}.rc

      通过ro.zygote的属性import对应的zygote的rc文件,通过adb shell getprop ro.zygote 查看得到zygote64_32, 所以import的是/init.zygote64_32.rc文件,该文件中定义的zygote如下:

       service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server --socket-name=zygote
       class main
       priority -20
       socket zygote stream 660 root system
       onrestart write /sys/android_power/request_state wake
       onrestart write /sys/power/state on
       onrestart restart audioserver
       onrestart restart cameraserver
       onrestart restart media
       onrestart restart netd
       writepid /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks
      

      可以看到zygote的class是main, 它是在on nonencrypted时被启动的
      on nonencrypted
      # A/B update verifier that marks a successful boot.
      exec - root -- /system/bin/update_verifier nonencrypted
      class_start main
      class_start late_start

    注:但在Android 7.0中,对该机制做了一些改变 。
    单一的init*.rc,被拆分,服务根据其二进制文件的位置(/system,/vendor,/odm)定义到对应分区的etc/init目录中,每个服务一个rc文件。与该服务相关的触发器、操作等也定义在同一rc文件中。
    /system/etc/init,包含系统核心服务的定义,如SurfaceFlinger、MediaServer、Logcatd等。
    /vendor/etc/init, SOC厂商针对SOC核心功能定义的一些服务。比如高通、MTK某一款SOC的相关的服务。
    /odm/etc/init,OEM/ODM厂商如小米、华为、OPP其产品所使用的外设以及差异化功能相关的服务。

    查看android 7.0虚拟机的/system/etc/init 如下

    15:13:04屏幕截图.png

    上面的servicemanager这个服务也从init.rc中拆分出来了。

    4. 启动完成

    至此,init进程已经启动完成,一些重要的服务如core服务和main服务也都启动起来,并启动了zygote(/system/bin/app_process64)进程,zygote初始化时会创建虚拟机,启动systemserver等,它的启动过程也是非常复杂,等下一篇再说。。

    5. 扩展阅读

    http://wonview.blog.163.com/blog/static/585013272012111924915229/
    http://blog.csdn.net/k_linux_man/article/details/7292746
    http://blog.csdn.net/fuyajun01/article/details/22572921
    http://blog.csdn.net/windskier/article/details/6416547/

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