Android系统开机启动流程及init进程浅析

Android系统启动概述

Android系统开机流程基于Linux系统,总体可分为三个阶段:

Boot Loader引导程序启动
Linux内核启动
Android系统启动,Launcher/app启动

启动流程如图1形象展示:

图1 Android开机启动一般性流程

图1只简单地描述了开机启动一般性流程,“正常开机”(注意,是正常模式,不是工厂模式、recovery模式)流程为:

1. 手机、TV等android设备上电或重启后,系统硬件进行相应的复位操作,然后CPU开始执行第一条指令,该指令固化在ROM或者flash中某地址处,不可更改,由芯片制造商确定,该指令的作用就是加载引导程序到RAM执行。

2. 引导程序(boot loader),顾名思义,引导操作系统(比如Linux、Android、windows等)启动的程序,
就是在操作系统运行之前运行的一段程序,其作用是初始化硬件设备、创建存储器空间的映射等软件运行时所需要的最小环境;加载Linux内核镜像文件(本文只针对Android、Linux)到RAM中某个地址处执行,此时引导程序的控制权就交给了内核。
各家厂商都有可能自行设计boot loader,常见的有:U-Boot、RedBoot、ARMBoot等。

3. 当内核镜像文件被加载到RAM时,通过汇编编写的程序初始化硬件、堆栈、进行一些必要的环境设置等,然后调用decompress_kernel函数解压内核镜像,再调用c语言编写的start_kernel函数启动内核,内核启动时,会进行一些列初始化工作,包括:初始化调度程序、内存管理区、日期时间、缓存、中断等,再创建init内核线程,最后调用可执行程序init执行。

4. init进程启动后,创建、挂载文件系统、设备节点,解析init.rc文件,再启动各种系统守护进程,包括Android部分最重要的Zygote、ServiceManager进程,由此进入到Android系统启动部分。无论什么Linux发行版本还是Android系统,init进程都是用户空间的第一个进程(不是内核空间),其进程号固定为1,init进程是通向Linux、Android文件系统的大门,其他用户级进程都由init进程直接、间接创建,本文主要关注init进程的来龙去脉。

启动init进程

在kernel/init/路径下,main.c文件中的start_kernel函数就是启动内核的入口,经过一些列的初始化操作后进入到rest_init:

kernel_thread函数调用do_fork创建了2号内核线程kthreadd、1号内核线程init,他们的父进程是内核0号进程,2号内核线程kthreadd作用是管理调度其他内核线程,而init内核线程通过调用init可执行程序转变成init进程,进程号还是1,kernel_thread函数第一个参数就是kernel_init函数:

第一行就是kernel_init_freeable函数:

wait_for_completion(&kthreadd_done);

kernel_init函数在内核线程init中执行,执行前必须等待kthreadd线程建立好后才能进行,随后进行内存页分配等工作。

do_basic_setup();

在执行此函数之前,CPU、内存管理、进程管理等已经初始化完成,但是和设备相关的工作还没有展开,而此函数就是进行设备相关的初始化,重点包括初始化设备驱动程序(编译进内核的),这由driver_init函数完成。由此可知,在前文讨论了诸多初始化,都没有涉及到驱动,一直等到内核线程init创建时才开始。

一开始,ramdisk_execute_command为空,被初始化为”/init”,默认init进程的路径在根目录下

返回到kernel_init函数继续看

ramdisk_execute_command已经被赋值为”/init”不为空,调用run_init_process处理init可执行程序,run_init_process函数中的do_execve就是系统调用execve的具体实现,作用是运行可执行程序。

如果根目录下没有init可执行程序,就会在”/sbin”、”/etc”、”/bin”下查找,直到找到后执行,如果都没有找到,系统尝试建立一个交互的shell命令可执行程序,让管理员尝试修复。如果sh也没有,此时Android系统启动失败,调用panic把错误提示保存到磁盘中,待重启后显示。

注:本文关于内核部分基于3.1版本所述,与2.6有差别,比如没有init_post函数,但核心内容没有太大区别。

init进程执行过程

上文通过内核启动init可执行程序,内核把控制权交到了用户空间,开始真正的Android之旅!init进程源码所在路径:

system\core\init

查看Android.mk文件,有这两句:

LOCAL_MODULE:= init   // 编译后生成的模块的名字,具体是什么模块,看include关键字编译成什么

include $(BUILD_EXECUTABLE) //编译成可执行程序

init进程主要代码是init.c,标准c语言写的程序,其main函数是入口,init.c源码如下:

init进程主要做的事情都在main函数中,前两个语句:

libc库函数basename去除诸如:

/sbin/ueventd

前面的斜杠和前缀,获得字符串”ueventd”,如果argv数组包含该参数,就执行ueventd_main函数。ueventd也是一个可执行程序,在system\core\init\Android.mk中:

这段代码编译后生成三个可执行文件:/init、/sbin/ueventd、/sbin/watchdogd。SYMLINKS关键字确定ueventd和watchdogd可执行程序文件作为init的软链接(也称符号链接)存在,查看运行环境:

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