Linux启动分析——init进程与app启动

clinux

发布于 2017-08-29

概述

本文通过简要分析init进程源码，梳理其处理流程，重点关注init进程如何启动应用程序，总结启动脚本文件的编写思路

init进程源码分析

init进程是linux内核启动的第一个进程，怎么知道的？从内核源码linux-2.6.xxx/init/main.c代码的kernel_init()函数分析，可以发现，内核会根据uboot传入的参数来启动第一个进程，一般都是init

怎么启动的呢，调用kernel_execve()函数完成的，猜测是从根文件系统的/sbin/init来启动的，linux的任何应用程序都是基于文件系统的，启动应用程序前提是根文件系统已经挂载好了。好，那么根文件系统又是从哪里来的呢，是由busybox这个工具配置编译生成的，所以要分析init源码，要去busybox里找init的源码

源码位置：/busybox/init/init.c，在其中查找main()函数，发现只有init_main()，没有main()，可以猜测busybox是通过一些方法将init进程的入口修改为init_main()，实际上所有busybox的命令工具都是一个到busybox程序的链接，

cd /sbin
ls -l init
lrwxrwxrwx 1 root 0 14 Nov 16 2016 init -> ../bin/busybox

可以看到，init进程其实是到busybox的链接，不用管它，知道init进程的入口是init_main()函数就行了

#if DEBUG_SEGV_HANDLER{struct sigaction sa;memset(&sa, 0, sizeof(sa));sa.sa_sigaction = handle_sigsegv;sa.sa_flags = SA_SIGINFO;sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);......}
#endif
......
console_init();
set_sane_term();
......
/* Make sure environs is set to something sane */
putenv((char *) "HOME=/");
putenv((char *) bb_PATH_root_path);
putenv((char *) "SHELL=/bin/sh");
putenv((char *) "USER=root"); /* needed? why? */

这一段是init进程最开始要做的事情，设置一些信号相关的东西，初始化console，然后设置环境变量，跟启动app似乎没有什么关系，不用管，继续往下看

/* Check if we are supposed to be in single user mode */
if (argv[1]&& (strcmp(argv[1], "single") == 0 || strcmp(argv[1], "-s") == 0 || LONE_CHAR(argv[1], '1'))
) {/* ??? shouldn't we set RUNLEVEL="b" here? *//* Start a shell on console */new_init_action(RESPAWN, bb_default_login_shell, "");
} else {/* Not in single user mode - see what inittab says *//* NOTE that if CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB is NOT defined,* then parse_inittab() simply adds in some default* actions (i.e., INIT_SCRIPT and a pair* of "askfirst" shells) */parse_inittab();
}

这一段代码是一个if判断，注释说如果是single user mode，则走上半段代码，如果不是single user mode，则调用parse_inittab() 函数，因为内核启动init进程没有传入附加参数，所以argv[1]不存在，程序走parse_inittab()

注释还说如果没有定义CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB 这个宏，程序会执行一些默认的action，那怎么知道这个宏定义了没有呢，猜测这个宏应该是对busybox配置时的选项，好，怎么查看busybox配置呢，和linux内核配置一样的道理，结合make menuconfig和各级config文件来看

是否定义了宏CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB？

在busybox中执行make meunconfig，进入熟悉的配置界面

大概浏览一下，和init有关系的好像有个Init Utilities项，进去

这里面有一项“Support reading an inittab file”，这个配置项是选中的，描述中有“inittab”这个单词，和init源码中说到的parse_inittab()很相似，好，make menuconfig先放到一边，来看看配置文件，打开顶层目录的Config.in，全局搜一下"init"，发现只有最下面有：

source init/Config.in

进入init文件夹，打开其中的Config.in文件，发现配置项

config FEATURE_USE_INITTABbool "Support reading an inittab file"default ydepends on INIThelpAllow init to read an inittab file when the system boot.

猜测没错，CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB这个宏确实定义了，回到init源码分析，进入parse_inittab()函数。首先看到这个函数前有一大段注释，看看它说什么

/* NOTE that if CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB is NOT defined,* then parse_inittab() simply adds in some default* actions (i.e., runs INIT_SCRIPT and then starts a pair* of "askfirst" shells).  If CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB* _is_ defined, but /etc/inittab is missing, this* results in the same set of default behaviors.*/

前面的话和之前的if判断意思差不多，如果定义了XXX这个宏，但是/etc/inittab这个文件没有，也会走默认的action，好，大概猜想一下，parse_inttab()函数好像和要分析的app启动有点关系了，如果定义了XXX宏，就去解析/etc/inittab这个文件，执行里面的东西，如果没有定义XXX宏或者/etc/inittab文件不存在，执行一些默认的东西

好，搞清楚一件事，/etc/inittab这个文件很重要，可能需要自己来创建这个文件，往里面写东西，但是写什么内容呢？目前还不知道。那如果不走/etc/inittab这一条路呢，默认会执行的action又是什么意思？来分析一下parse_inittab()这个函数

static void parse_inittab(void)
{
#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTABchar *token[4];parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);if (parser == NULL)
#endif{/* No inittab file - set up some default behavior *//* Sysinit */new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");/* Askfirst shell on tty1-4 */new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
//TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry usersnew_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);/* Reboot on Ctrl-Alt-Del */new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");/* Umount all filesystems on halt/reboot */new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");/* Swapoff on halt/reboot */new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");/* Restart init when a QUIT is received */new_init_action(RESTART, "init", "");return;}#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB/* optional_tty:ignored_runlevel:action:command* Delims are not to be collapsed and need exactly 4 tokens*/while (config_read(parser, token, 4, 0, "#:",PARSE_NORMAL & ~(PARSE_TRIM | PARSE_COLLAPSE))) {/* order must correspond to SYSINIT..RESTART constants */static const char actions[] ALIGN1 ="sysinit\0""wait\0""once\0""respawn\0""askfirst\0""ctrlaltdel\0""shutdown\0""restart\0";int action;char *tty = token[0];if (!token[3]) /* less than 4 tokens */goto bad_entry;action = index_in_strings(actions, token[2]);if (action < 0 || !token[3][0]) /* token[3]: command */goto bad_entry;/* turn .*TTY -> /dev/TTY */if (tty[0]) {tty = concat_path_file("/dev/", skip_dev_pfx(tty));}new_init_action(1 << action, token[3], tty);if (tty[0])free(tty);continue;bad_entry:message(L_LOG | L_CONSOLE, "Bad inittab entry at line %d",parser->lineno);}config_close(parser);
#endif
}

首先去读了/etc/inittab这个文件，如果不存在，执行了很多new_init_action() ，如果存在，就走了一个while()循环，猜测应该是解析/etc/inittab文件的内容，根据文件的内容执行new_init_action() 。好，那么inittab文件到底写什么格式，什么东西呢，while()循环里面有一个static const char actions[]数组看起来像是和inittab的内容有关系，里面有“sysinit”等字符串，但是还是没办法搞清楚怎么写inittab文件

inittab文件怎么写

/busybox/examples/下面找到一个inittab脚本的例子，打开，看到一个类似格式说明的句子：

Format for each entry: <id>:<runlevels>:<action>:<process>

猜测inittab文件里可以有多条entry，每条entry格式中有id、runlevels、action和process这四项内容，这里也出现了action，和代码里的action数组很像。文件里又说id和runlevels无关紧要，好，要搞清楚inittab怎么写，关键在于理解action和process，继续看说明

action

action包括：sysinit、respawn、askfirst、wait、once、restart、ctrlaltdel、和shutdown共八种，

process

指定要运行的程序和它的参数

然后还说了如果没有inittab文件，则运行以下内容

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/sbin/swapoff -a
::shutdown:/bin/umount -a -r
::restart:/sbin/init
tty2::askfirst:/bin/sh
tty3::askfirst:/bin/sh
tty4::askfirst:/bin/sh

这应该就是代码中如果读不到inittab文件，则执行的一系列net_init_action的内容

再往下看，出现的第一条示例entry

::sysinit:/etc/init.d/rcS

是不是很熟悉，linux系统嵌入式设备里通常会有/etc/init.d/rcS这个文件，它是一个shell脚本，根据前面的格式，分析一下，id和runlevel为空，action为sysinit，process为/etc/init.d/rcS，所以第一件要干的事情是去执行rcS脚本，而rcS脚本里可以做自己想做的任何事情了

下一条示例是

::askfirst:-/bin/sh

注释说的是启动shell到console口，不管，继续看

tty4::respawn:/sbin/getty 38400 tty5
tty5::respawn:/sbin/getty 38400 tty6

开启getty

::restart:/sbin/init

指定init进程的重启位置

::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r
::shutdown:/sbin/swapoff -a

在重启之前要做的事情

再回到代码上，这个while()循环遍历了inittab文件的每一个entry，解析出entry的四个部分：id、runlevel、action和process，放到一个指针数组char *token[4]中，则token[2]和token[3]代表action和process，程序里调用index_in_strings()函数将token[2]转成字符串，即“sysinit”等值，再调用net_init_action()，分析net_init_action()源码可以看出，其实只是把这些action和process添加到一个链表中，并没有做实际的处理，真正的处理在后续的代码中，parse_inittab()函数返回，

    ....../* Now run everything that needs to be run *//* First run the sysinit command */run_actions(SYSINIT);check_delayed_sigs();/* Next run anything that wants to block */run_actions(WAIT);check_delayed_sigs();/* Next run anything to be run only once */run_actions(ONCE);/* Now run the looping stuff for the rest of forever.*/while (1) {......

这里调用run_action()运行链表中每一个entry，并且首先运行的是action为sysinit的动作

总结

到这里，大致搞清楚了init进程是怎么启动app的了，上流程图

简单来说，init进程首先分析/etc/inittab文件，当然，可以自己修改busybox源码，让它从任意文件开始分析，如果不存在inittab文件，则执行默认的action；如果inittab文件存在，则根据inittab文件中的条目执行，通常是去/etc/init.d/rcS文件中执行脚本命令，当然，修改源码，你也可以让它执行别的脚本

rcS脚本是以shell脚本语言编写，一般的套路是

加载驱动模块
配置网络，建桥、配网卡地址
启动app