Android启动的init进程
/system/core/init/- init.cpp- init_parser.cpp- signal_handler.cpp
一、概述
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:
- 分析和运行所有的init.rc文件;
- 生成设备驱动节点; (通过rc文件创建)
- 处理子进程的终止(signal方式);
- 提供属性服务。
接下来从main()方法说起。
1.1 main
[-> init.cpp]
int main(int argc, char** argv) {...umask(0); //设置文件属性0777klog_init(); //初始化kernel log,位于设备节点/dev/kmsg【见小节1.2】klog_set_level(KLOG_NOTICE_LEVEL); //设置输出的log级别// 输出init启动阶段的logNOTICE("init%s started!\n", is_first_stage ? "" : " second stage");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【见小节2.1】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)【5.1】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);//等冷插拔设备初始化完成queue_builtin_action(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");queue_builtin_action(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");//设备组合键的初始化操作queue_builtin_action(keychord_init_action, "keychord_init");// 屏幕上显示Android静态Logo 【见小节1.3】queue_builtin_action(console_init_action, "console_init");//执行rc文件中触发器为 on init的语句action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail);queue_builtin_action(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");char bootmode[PROP_VALUE_MAX];//当处于充电模式,则charger加入执行队列;否则late-init加入队列。if (property_get("ro.bootmode", bootmode) > 0 && strcmp(bootmode, "charger") == 0) {action_for_each_trigger("charger", action_add_queue_tail);} else {action_for_each_trigger("late-init", action_add_queue_tail);}//触发器为属性是否设置queue_builtin_action(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");while (true) {if (!waiting_for_exec) {execute_one_command();restart_processes(); //【见小节1.4】}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;
}
1.2 log系统
此时android的log系统还没有启动,采用kernel的log系统,打开的设备节点/dev/kmsg, 那么可通过cat /dev/kmsg
来获取内核log。
接下来,设置log的输出级别为KLOG_NOTICE_LEVEL(5),当log级别小于5时则会输出到kernel log, 默认值为3.
#define KLOG_ERROR_LEVEL 3
#define KLOG_WARNING_LEVEL 4
#define KLOG_NOTICE_LEVEL 5
#define KLOG_INFO_LEVEL 6
#define KLOG_DEBUG_LEVEL 7
#define KLOG_DEFAULT_LEVEL 3 //默认为3
1.3 console_init_action
[-> init.cpp]
static int console_init_action(int nargs, char **args)
{char console[PROP_VALUE_MAX];if (property_get("ro.boot.console", console) > 0) {snprintf(console_name, sizeof(console_name), "/dev/%s", console);}int fd = open(console_name, O_RDWR | O_CLOEXEC);if (fd >= 0)have_console = 1;close(fd);fd = open("/dev/tty0", O_WRONLY | O_CLOEXEC);if (fd >= 0) {const char *msg;msg = "\n""\n""\n""\n""\n""\n""\n" // console is 40 cols x 30 lines"\n""\n""\n""\n""\n""\n""\n"" A N D R O I D ";write(fd, msg, strlen(msg));close(fd);}return 0;
}
这便是开机显示的底部带ANDROID字样的画面。
1.4 restart_processes
[-> init.cpp]
static void restart_processes()
{process_needs_restart = 0;service_for_each_flags(SVC_RESTARTING,restart_service_if_needed);
}
检查service_list中的所有服务,对于带有SVC_RESTARTING标志的服务,则都会调用其相应的restart_service_if_needed。
static void restart_service_if_needed(struct service *svc)
{time_t next_start_time = svc->time_started + 5;if (next_start_time <= gettime()) {svc->flags &= (~SVC_RESTARTING);service_start(svc, NULL); return;}if ((next_start_time < process_needs_restart) ||(process_needs_restart == 0)) {process_needs_restart = next_start_time;}
}
之后再调用service_start来启动服务。
二、信号处理
在init.cpp的main()方法中,通过signal_handler_init()来初始化信号处理过程。
主要工作:
- 初始化signal句柄;
- 循环处理子进程;
- 注册epoll句柄;
- 处理子进程的终止;
2.1 signal_handler_init
[-> signal_handler.cpp]
void signal_handler_init() {int s[2];// 创建socket pairif (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC, 0, s) == -1) {exit(1);}signal_write_fd = s[0];signal_read_fd = s[1];//当捕获信号SIGCHLD,则写入signal_write_fdstruct sigaction act;memset(&act, 0, sizeof(act));act.sa_handler = SIGCHLD_handler;//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(); 【见小节2.2】register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal); //【见小节2.3】
}
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。
这里有两个重要的函数:SIGCHLD_handler和handle_signal,如下:
//写入数据
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));}
}//读取数据
static void handle_signal() {char buf[32];//读取signal_read_fd数据,放入bufread(signal_read_fd, buf, sizeof(buf));reap_any_outstanding_children(); 【见流程3-1】
}
2.2 reap_any_outstanding_children
[-> signal_handler.cpp]
static void reap_any_outstanding_children() {while (wait_for_one_process()) { }
}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servicestd::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socketfor (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) {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stoppedreturn 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restartingsvc->NotifyStateChange("restarting");return true;
}
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
2.3 register_epoll_handler
[-> signal_handler.cpp]
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));}
}
三、rc文件语法
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。
3.1 Action
Action: 通过trigger,即以 on开头的语句,决定何时执行相应的service。
- on early-init; 在初始化早期阶段触发;
- on init; 在初始化阶段触发;
- on late-init; 在初始化晚期阶段触发;
- 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;
- on property:<key>=<value>: 当属性值满足条件时触发;
3.2 Service
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。
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。
3.3 Command
下面列举常用的命令
- class_start <service_class_name>: 启动属于同一个class的所有服务;
- start <service_name>: 启动指定的服务,若已启动则跳过;
- stop <service_name>: 停止正在运行的服务
- setprop <name> <value>:设置属性值
- mkdir <path>:创建指定目录
- symlink <target> <sym_link>: 创建连接到<target>的<sym_link>符号链接;
- write <path> <string>: 向文件path中写入字符串;
- exec: fork并执行,会阻塞init进程直到程序完毕;
- exprot <name> <name>:设定环境变量;
- loglevel <level>:设置log级别
3.4 Options
Options是Services的可选项,与service配合使用
- disabled: 不随class自动启动,只有根据service名才启动;
- oneshot: service退出后不再重启;
- user/group: 设置执行服务的用户/用户组,默认都是root;
- 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;
- onrestart:当服务重启时执行相应命令;
- socket: 创建名为
/dev/socket/<name>
的socket - 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
default: 意味着disabled=false,oneshot=false,critical=false。
四、启动服务
4.1 启动顺序
on early-init
on init
on late-init //挂载文件系统,启动核心服务trigger post-fstrigger load_system_props_action trigger post-fs-data //挂载datatrigger load_persist_props_actiontrigger firmware_mounts_completetrigger booton post-fsstart logdmount rootfs rootfs / ro remountmount rootfs rootfs / shared rec mount none /mnt/runtime/default /storage slave bind rec...on post-fs-datastart logdstart vold //启动vold...on boot...class_start core //启动core class
由on early-init -> init -> late-init -> boot。
先启动core class, 至于main class的启动是由vold.decrypt的以下4个值的设置所决定的, 该过程位于system/vold/cryptfs.c文件。
on nonencryptedclass_start mainclass_start late_starton property:vold.decrypt=trigger_restart_min_frameworkclass_start mainon property:vold.decrypt=trigger_restart_frameworkclass_start mainclass_start late_starton property:vold.decrypt=trigger_reset_mainclass_reset mainon property:vold.decrypt=trigger_shutdown_frameworkclass_reset late_startclass_reset main
4.2 服务启动(Zygote)
在init.zygote.rc文件中,zygote服务定义如下:
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-serverclass mainsocket zygote stream 660 root systemonrestart write /sys/android_power/request_state wakeonrestart write /sys/power/state ononrestart restart mediaonrestart restart netd
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。
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。
流程如下:
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。
4.3 服务重启
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。
所有的Service里面只有servicemanager ,zygote ,surfaceflinger这3个服务有onrestart
关键字来触发其他service启动过程。
//zygote可触发media、netd重启
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-serverclass mainsocket zygote stream 660 root systemonrestart write /sys/android_power/request_state wakeonrestart write /sys/power/state ononrestart restart mediaonrestart restart netd//servicemanager可触发healthd、zygote、media、surfaceflinger、drm重启
service servicemanager /system/bin/servicemanagerclass coreuser systemgroup systemcriticalonrestart restart healthdonrestart restart zygoteonrestart restart mediaonrestart restart surfaceflingeronrestart restart drm//surfaceflinger可触发zygote重启
service surfaceflinger /system/bin/surfaceflingerclass coreuser systemgroup graphics drmrpconrestart restart zygote
由上可知:
- zygote:触发media、netd以及子进程(包括system_server进程)重启;
- system_server: 触发zygote重启;
- surfaceflinger:触发zygote重启;
- servicemanager: 触发zygote、healthd、media、surfaceflinger、drm重启
所以,surfaceflinger,servicemanager,zygote自身以及system_server进程被杀都会触发Zygote重启。
五、属性服务
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,里面记录着所有的属性值。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。
5.1 初始化
[-> property_service.cpp]
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;}
}
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。
关于加载的prop文件
通过load_all_load_all_propsprops()
方法,加载以下:
- /system/build.prop;
- /vendor/build.prop;
- /factory/factory.prop;
- /data/local.prop;
- /data/property路径下的persist属性
5.2 属性类别
- 属性名以
ctl.
开头,则表示是控制消息,控制消息用来执行一些命令。例如:- setprop ctl.start bootanim 查看开机动画;
- setprop ctl.stop bootanim 关闭开机动画;
- setprop ctl.start pre-recovery 进入recovery模式。
- 属性名以
ro.
开头,则表示是只读的,不能设置,所以直接返回。 - 属性名以
persist.
开头,则需要把这些值写到对应文件中去。
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