Android系統(tǒng)啟動流程(一)解析init進程

1、Android系統(tǒng)啟動流程（一）解析init進程前言作為“Android框架層”這個大系列中的第一個系列，我們首先要了解的是Android系統(tǒng)啟動流程，在這個流程中會涉及到很多重要的知識點，這個系列我們就來一一講解它們，這一篇我們就來學習init進程。1.init簡介init進程是Android系統(tǒng)中用戶空間的第一個進程，作為第一個進程，它被賦予了很多極其重要的工作職責，比如創(chuàng)建zygote(孵化器)和屬性服務等。init進程是由多個源文件共同組成的，這些文件位于源碼目錄system/core/init。本文將基于Android7.0源碼來分析Init進程。2.引入init進程說到init進程

2、，首先要提到Android系統(tǒng)啟動流程的前幾步： 1.啟動電源以及系統(tǒng)啟動 當電源按下時引導芯片代碼開始從預定義的地方（固化在ROM）開始執(zhí)行。加載引導程序Bootloader到RAM，然后執(zhí)行。 2.引導程序Bootloader 引導程序是在Android操作系統(tǒng)開始運行前的一個小程序，它的主要作用是把系統(tǒng)OS拉起來并運行。 3.Linux內(nèi)核啟動 內(nèi)核啟動時，設(shè)置緩存、被保護存儲器、計劃列表，加載驅(qū)動。當內(nèi)核完成系統(tǒng)設(shè)置，它首先在系統(tǒng)文件中尋找”init”文件，然后啟動root進程或者系統(tǒng)的第一個進程。 4.init進程啟動講到第四步就發(fā)現(xiàn)我們這一節(jié)要講的init進程了。關(guān)于Android

3、系統(tǒng)啟動流程的所有步驟會在本系列的最后一篇做講解。3.init入口函數(shù)init的入口函數(shù)為main，代碼如下所示。 system/core/init/init.cppint main(int argc, char* argv) if (!strcmp(basename(argv0), "ueventd") return ueventd_main(argc, argv); if (!strcmp(basename(argv0), "watchdogd") return watchdogd_main(argc, argv); umask(0); add_en

4、vironment("PATH", _PATH_DEFPATH); bool is_first_stage = (argc = 1) | (strcmp(argv1, "-second-stage") != 0); /創(chuàng)建文件并掛載 if (is_first_stage) mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755"); mkdir("/dev/pts", 0755); mkdir("

5、;/dev/socket", 0755); mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL); #define MAKE_STR(x) _STRING(x) mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC); mount("sysfs", "/sys", "

6、sysfs", 0, NULL); open_devnull_stdio(); klog_init(); klog_set_level(KLOG_NOTICE_LEVEL); NOTICE("init %s started!n", is_first_stage ? "first stage" : "second stage"); if (!is_first_stage) / Indicate that booting is in progress to background fw loaders, etc. close(op

7、en("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000); /初始化屬性相關(guān)資源 property_init();/1 process_kernel_dt(); process_kernel_cmdline(); export_kernel_boot_props(); . /啟動屬性服務 start_property_service();/2 const BuiltinFunctionMap function_map; Action:set_function_map(&function_map); Parse

8、r& parser = Parser:GetInstance(); parser.AddSectionParser("service",std:make_unique<ServiceParser>(); parser.AddSectionParser("on", std:make_unique<ActionParser>(); parser.AddSectionParser("import", std:make_unique<ImportParser>(); /解析init.rc配置文件 p

9、arser.ParseConfig("/init.rc");/3 . while (true) if (!waiting_for_exec) am.ExecuteOneCommand(); restart_processes(); int timeout = -1; if (process_needs_restart) timeout = (process_needs_restart - gettime() * 1000; if (timeout < 0) timeout = 0; if (am.HasMoreCommands() timeout = 0; bootc

10、hart_sample(&timeout); epoll_event ev; int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout); if (nr = -1) ERROR("epoll_wait failed: %sn", strerror(errno); else if (nr = 1) (void (*)() ev.data.ptr)(); return 0;init的main方法做了很多事情，我們只需要關(guān)注主要的幾點，在注釋1處調(diào)用 property_init來對屬性進行初始

11、化并在注釋2處的 調(diào)用start_property_service啟動屬性服務，關(guān)于屬性服務，后面會講到。注釋3處 parser.ParseConfig(“/init.rc”)用來解析init.rc。解析init.rc的文件為system/core/init/init_parse.cpp文件，接下來我們查看init.rc里做了什么。4.init.rcinit.rc是一個配置文件，內(nèi)部由Android初始化語言編寫（Android Init Language）編寫的腳本，它主要包含五種類型語句： Action、Commands、Services、Options和Import。init.rc的配置

12、代碼如下所示。 system/core/rootdir/init.rcon init sysclktz 0 # Mix device-specific information into the entropy pool copy /proc/cmdline /dev/urandom copy /p /dev/urandom.on boot # basic network init ifup lo hostname localhost domainname localdomain # set RLIMIT_NICE to allow priorities from 19 t

13、o -20 setrlimit 13 40 40. 這里只截取了一部分代碼，其中#是注釋符號。on init和on boot是Action類型語句，它的格式為：on <trigger> && <trigger>* /設(shè)置觸發(fā)器 <command> <command> /動作觸發(fā)之后要執(zhí)行的命令 為了分析如何創(chuàng)建zygote，我們主要查看Services類型語句，它的格式如下所示：service <name> <pathname> <argument> * /<service的名字>&

14、lt;執(zhí)行程序路徑><傳遞參數(shù)> <option> /option是service的修飾詞，影響什么時候、如何啟動services <option> . 需要注意的是在Android 7.0中對init.rc文件進行了拆分，每個服務一個rc文件。我們要分析的zygote服務的啟動腳本則在init.zygoteXX.rc中定義，這里拿64位處理器為例，init.zygote64.rc的代碼如下所示。 system/core/rootdir/init.zygote64.rcservice zygote /system/bin/app_process64 -

15、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 audioserver onrestart restart cameraserver onrestart restart media onrestart restart netdwritep

16、id /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks其中service用于通知init進程創(chuàng)建名zygote的進程，這個zygote進程執(zhí)行程序的路徑為/system/bin/app_process64，后面的則是要傳給app_process64的參數(shù)。class main指的是zygote的class name為main，后文會用到它。5.解析service接下來我們來解析service，會用到兩個函數(shù)，一個是ParseSection，它會解析service的rc文件，比如上文講到的init.zygote64.rc，Parse

17、Section函數(shù)主要用來搭建service的架子。另一個是ParseLineSection，用于解析子項。代碼如下所示。 system/core/init/service.cppbool ServiceParser:ParseSection(const std:vector<std:string>& args, std:string* err) if (args.size() < 3) *err = "services must have a name and a program" return false; const std:string&a

18、mp; name = args1; if (!IsValidName(name) *err = StringPrintf("invalid service name '%s'", name.c_str(); return false; std:vector<std:string> str_args(args.begin() + 2, args.end(); service_ = std:make_unique<Service>(name, "default", str_args);/1 return true;bo

19、ol ServiceParser:ParseLineSection(const std:vector<std:string>& args, const std:string& filename, int line, std:string* err) const return service_ ? service_->HandleLine(args, err) : false;注釋1處，根據(jù)參數(shù)，構(gòu)造出一個service對象，它的classname為”default”。當解析完畢時會調(diào)用EndSection：void ServiceParser:EndSecti

20、on() if (service_) ServiceManager:GetInstance().AddService(std:move(service_); 接著查看AddService做了什么：void ServiceManager:AddService(std:unique_ptr<Service> service) Service* old_service = FindServiceByName(service->name(); if (old_service) ERROR("ignored duplicate definition of service &#

21、39;%s'", service->name().c_str(); return; services_.emplace_back(std:move(service);/1注釋1處的代碼將service對象加入到services鏈表中。上面的解析過程總體來講就是根據(jù)參數(shù)創(chuàng)建出service對象，然后根據(jù)選項域的內(nèi)容填充service對象，最后將service對象加入到vector類型的services鏈表中。，6.init啟動zygote講完了解析service，接下來該講init是如何啟動service，在這里我們主要講解啟動zygote這個service。在zygot

22、e的啟動腳本中我們得知zygote的class name為main。在init.rc有如下配置代碼： system/core/rootdir/init.rc.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 . 其中class_start是一個COMMAND，對應的函數(shù)為do_class_start。我們知道m(xù)ain指的就

23、是zygote，因此class_start main用來啟動zygote。do_class_start函數(shù)在builtins.cpp中定義，如下所示。system/core/init/builtins.cppstatic int do_class_start(const std:vector<std:string>& args) /* Starting a class does not start services * which are explicitly disabled. They must * be started individually. */ Service

24、Manager:GetInstance(). ForEachServiceInClass(args1, (Service* s) s->StartIfNotDisabled(); ); return 0;來查看StartIfNotDisabled做了什么： system/core/init/service.cppbool Service:StartIfNotDisabled() if (!(flags_ & SVC_DISABLED) return Start(); else flags_ |= SVC_DISABLED_START; return true;接著查看Start方

25、法，如下所示。bool Service:Start() flags_ &= (SVC_DISABLED|SVC_RESTARTING|SVC_RESET|SVC_RESTART|SVC_DISABLED_START); time_started_ = 0; if (flags_ & SVC_RUNNING) /如果Service已經(jīng)運行，則不啟動 return false; bool needs_console = (flags_ & SVC_CONSOLE); if (needs_console && !have_console) ERROR(&quo

26、t;service '%s' requires consolen", name_.c_str(); flags_ |= SVC_DISABLED; return false; /判斷需要啟動的Service的對應的執(zhí)行文件是否存在，不存在則不啟動該Service struct stat sb; if (stat(args_0.c_str(), &sb) = -1) ERROR("cannot find '%s' (%s), disabling '%s'n", args_0.c_str(), strerror(

27、errno), name_.c_str(); flags_ |= SVC_DISABLED; return false; . pid_t pid = fork();/1.fork函數(shù)創(chuàng)建子進程 if (pid = 0) /運行在子進程中 umask(077); for (const auto& ei : envvars_) add_environment(.c_str(), ei.value.c_str(); for (const auto& si : sockets_) int socket_type = (si.type = "stream"

28、; ? SOCK_STREAM : (si.type = "dgram" ? SOCK_DGRAM : SOCK_SEQPACKET); const char* socketcon = !si.socketcon.empty() ? si.socketcon.c_str() : scon.c_str(); int s = create_socket(.c_str(), socket_type, si.perm, si.uid, si.gid, socketcon); if (s >= 0) PublishSocket(, s); . /2.

29、通過execve執(zhí)行程序 if (execve(args_0.c_str(), (char*) &strs0, (char*) ENV) < 0) ERROR("cannot execve('%s'): %sn", args_0.c_str(), strerror(errno); _exit(127); . return true;通過注釋1和2的代碼，我們得知在Start方法中調(diào)用fork函數(shù)來創(chuàng)建子進程，并在子進程中調(diào)用execve執(zhí)行system/bin/app_process，這樣就會進入framework/cmds/app_proce

30、ss/app_main.cpp的main函數(shù)，如下所示。 Fks/base/cmds/app_process/app_main.cppint main(int argc, char* const argv) . if (zygote) runtime.start("ernal.os.ZygoteInit", args, zygote);/1 else if (className) runtime.start("ernal.os.RuntimeInit", args, zygote); else

31、fprintf(stderr, "Error: no class name or -zygote supplied.n"); app_usage(); LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or -zygote supplied."); return 10; 從注釋1處的代碼可以得知調(diào)用runtime(AppRuntime)的start來啟動zygote。7.屬性服務Windows平臺上有一個注冊表管理器，注冊表的內(nèi)容采用鍵值對的形式來記錄用戶、軟件的一些使用信息。即使系統(tǒng)或者軟件重啟，它還是能夠根據(jù)之

32、前在注冊表中的記錄，進行相應的初始化工作。Android也提供了一個類似的機制，叫做屬性服務。 在本文的開始，我們提到在init.cpp代碼中和屬性服務相關(guān)的代碼有： system/core/init/init.cpp property_init(); start_property_service();這兩句代碼用來初始化屬性服務配置并啟動屬性服務。首先我們來學習服務配置的初始化和啟動。屬性服務初始化與啟動property_init函數(shù)具體實現(xiàn)的代碼如下所示。 system/core/init/property_service.cppvoid property_init() if (_syst

33、em_property_area_init() ERROR("Failed to initialize property arean"); exit(1); _system_property_area_init函數(shù)用來初始化屬性內(nèi)存區(qū)域。接下來查看start_property_service函數(shù)的具體代碼：void start_property_service() property_set_fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK, 0666, 0, 0,

34、 NULL);/1 if (property_set_fd = -1) ERROR("start_property_service socket creation failed: %sn", strerror(errno); exit(1); listen(property_set_fd, 8);/2 register_epoll_handler(property_set_fd, handle_property_set_fd);/3注釋1處用來創(chuàng)建非阻塞的socket。注釋2處調(diào)用listen函數(shù)對property_set_fd進行監(jiān)聽，這樣創(chuàng)建的socket就成為了ser

35、ver，也就是屬性服務；listen函數(shù)的第二個參數(shù)設(shè)置8意味著屬性服務最多可以同時為8個試圖設(shè)置屬性的用戶提供服務。注釋3處的代碼將property_set_fd放入了epoll句柄中，用epoll來監(jiān)聽property_set_fd：當property_set_fd中有數(shù)據(jù)到來時，init進程將用handle_property_set_fd函數(shù)進行處理。 在linux新的內(nèi)核中，epoll用來替換select，epoll最大的好處在于它不會隨著監(jiān)聽fd數(shù)目的增長而降低效率。因為內(nèi)核中的select實現(xiàn)是采用輪詢來處理的，輪詢的fd數(shù)目越多，自然耗時越多。屬性服務處理請求 從上文我們得知，屬

36、性服務接收到客戶端的請求時，會調(diào)用handle_property_set_fd函數(shù)進行處理： system/core/init/property_service.cppstatic void handle_property_set_fd() . if(memcmp(,"ctl.",4) = 0) se(s); if (check_control_mac_perms(msg.value, source_ctx, &cr) handle_control_message(char*) + 4, (char*) msg.value); el

37、se ERROR("sys_prop: Unable to %s service ctl %s uid:%d gid:%d pid:%dn", + 4, msg.value, cr.uid, cr.gid, cr.pid); else /檢查客戶端進程權(quán)限 if (check_mac_perms(, source_ctx, &cr) /1 property_set(char*) , (char*) msg.value);/2 else ERROR("sys_prop: permission denied u

38、id:%d name:%sn", cr.uid, ); close(s); freecon(source_ctx); break; default: close(s); break; 注釋1處的代碼用來檢查客戶端進程權(quán)限，在注釋2處則調(diào)用property_set函數(shù)對屬性進行修改，代碼如下所示。int property_set(const char* name, const char* value) int rc = property_set_impl(name, value); if (rc = -1) ERROR("property_set("

39、%s", "%s") failedn", name, value); return rc;property_set函數(shù)主要調(diào)用了property_set_impl函數(shù)：static int property_set_impl(const char* name, const char* value) size_t namelen = strlen(name); size_t valuelen = strlen(value); if (!is_legal_property_name(name, namelen) return -1; if (valuelen >= PROP_VALUE_MAX) return -1; if (strcmp("selinux.reload_policy", name) = 0 && strcmp("1", value) = 0) if (selinux_reload_policy() != 0) ERROR("Failed to reload policyn"); else