深入Android系统（六）第一个用户进程-Init进程

十一假期有点堕落，无限火力有点上瘾，谨戒、谨戒

Init进程是Linux 内核启动后创建的第一个用户进程，地位非常重要。

Init进程在初始化过程中会启动很多重要的守护进程，因此，了解Init进程的启动过程有助于我们更好的理解Android系统。

在介绍Init进程前，我们先简单介绍下Android的启动过程。从系统角度看，Android的启动过程可分为3个大的阶段：

• bootloader引导
• 装载和启动Linux内核
• 启动Android系统，可分为
  • 启动Init进程
  • 启动Zygote
  • 启动SystemService
  • 启动SystemServer
  • 启动Home
  • 等等…

我们看下启动过程图：

下面简单介绍下启动过程：

1. Bootloader引导

当按下电源键开机时，最先运行的就是Bootloader

• Bootloader的主要作用是初始化基本的硬件设备（如 CPU、内存、Flash等）并且建立内存空间映射，为装载Linux内核准备好合适的运行环境。
• 一旦Linux内核装载完毕，Bootloader将会从内存中清除掉
• 如果在Bootloader运行期间，按下预定义的的组合键，可以进入系统的更新模块。Android的下载更新可以选择进入Fastboot模式或者Recovery模式:
  • Fastboot是Android设计的一套通过USB来更新Android分区映像的协议，方便开发人员快速更新指定分区。
  • Recovery是Android特有的升级系统。利用Recovery模式可以进行恢复出厂设置，或者执行OTA、补丁和固件升级。进入Recovery模式实际上是启动了一个文本模式的Linux

2. 装载和启动Linux内核

Android 的 boot.img 存放的就是Linux内核和一个根文件系统

• Bootloader会把boot.img映像装载进内存
• 然后Linux内核会执行整个系统的初始化
• 然后装载根文件系统
• 最后启动Init进程

3. 启动Init进程

Linux内核加载完毕后，会首先启动Init进程，Init进程是系统的第一个进程

• Init进程启动过程中，会解析Linux的配置脚本init.rc文件。根据init.rc文件的内容，Init进程会：
  • 装载Android的文件系统
  • 创建系统目录
  • 初始化属性系统
  • 启动Android系统重要的守护进程，像USB守护进程、adb守护进程、vold守护进程、rild守护进程等
• 最后，Init进程也会作为守护进程来执行修改属性请求，重启崩溃的进程等操作

4. 启动ServiceManager

ServiceManager由Init进程启动。在Binder 章节已经讲过，它的主要作用是管理Binder服务，负责Binder服务的注册与查找

5. 启动Zygote进程

Init进程初始化结束时，会启动Zygote进程。Zygote进程负责fork出应用进程，是所有应用进程的父进程

• Zygote进程初始化时会创建Android 虚拟机、预装载系统的资源文件和Java类
• 所有从Zygote进程fork出的用户进程都将继承和共享这些预加载的资源，不用浪费时间重新加载，加快的应用程序的启动过程
• 启动结束后，Zygote进程也将变为守护进程，负责响应启动APK的请求

6. 启动SystemServer

SystemServer是Zygote进程fork出的第一个进程，也是整个Android系统的核心进程

• SystemServer中运行着Android系统大部分的Binder服务
• SystemServer首先启动本地服务SensorManager
• 接着启动包括ActivityManagerService、WindowsManagerService、PackageManagerService在内的所有Java服务

7. 启动MediaServer

MediaServer由Init进程启动。它包含了一些多媒体相关的本地Binder服务，包括：CameraService、AudioFlingerService、MediaPlayerService、AudioPolicyService

8. 启动Launcher

• SystemServer加载完所有的Java服务后，最后会调用ActivityManagerService的SystemReady()方法
• 在SystemReady()方法中，会发出Intent
• 凡是响应这个Intent的apk都会运行起来，一般Launcher应用才回去响应这个Intent

Init进程的初始化过程

Init进程的源码目录在system/core/init下。程序的入口函数main()位于文件init.c中

main()函数的流程

书中使用的是Android 5.0源码，相比Android 9.0这部分已经有很多改动，不过大的方向是一致的，只能对比着学习了。。。

main()函数比较长，整个Init进程的启动流程都在这个函数中。由于涉及的点比较多，这里我们先了解整体流程，细节后面补充，一点一点来哈

Init进程的main()函数的结构是这样的：

int main(int argc, char** argv) {
    //启动参数判断部分
    
    if (is_first_stage) {
        //初始化第一阶段部分
    }
    
    //初始化第二阶段部分

    while (true) {
        //一个无限循环部分
    }

启动程序参数判断

进入main()函数后，首先检查启动程序的文件名

函数源码：

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

• 如果文件名是ueventd，执行ueventd守护进程的主函数ueventd_main
• 如果文件名是watchdogd，执行watchdogd守护进程的主函数watchdogd_main
• 都不是，则继续执行

才开始是不是就已经有些奇怪了，Init进程中还包含了另外两个守护进程的启动，这主要是因为这几个守护进程的代码重合度高，开发人员干脆都放在一起了。

我们看一下Android.mk中的片段：

# Create symlinks.
LOCAL_POST_INSTALL_CMD := $(hide) mkdir -p $(TARGET_ROOT_OUT)/sbin; \
    ln -sf ../init $(TARGET_ROOT_OUT)/sbin/ueventd; \
    ln -sf ../init $(TARGET_ROOT_OUT)/sbin/watchdogd

• 在编译时，Android生成了两个指向init文件的符号链接ueventd和watchdogd
• 这样，启动时如果执行的是这两个符号链接，main()函数就可以根据名称判断到底启动哪一个

初始化的第一阶段

设置文件属性掩码

函数源码：

    // Clear the umask.
    umask(0);

默认情况下一个进程创建出的文件合文件夹的属性是022，使用umask(0)意味着进程创建的属性是0777

mount相应的文件系统

函数源码：

        // Get the basic filesystem setup we need put together in the initramdisk
        // on / and then we'll let the rc file figure out the rest.
        mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");
        mkdir("/dev/pts", 0755);
        mkdir("/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", "sysfs", 0, NULL);
        mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL);
        //......
        // Mount staging areas for devices managed by vold
        // See storage config details at http://source.android.com/devices/storage/
        mount("tmpfs", "/mnt", "tmpfs", MS_NOEXEC | MS_NOSUID | MS_NODEV,
              "mode=0755,uid=0,gid=1000");
        // /mnt/vendor is used to mount vendor-specific partitions that can not be
        // part of the vendor partition, e.g. because they are mounted read-write.
        mkdir("/mnt/vendor", 0755);
        InitKernelLogging(argv);

创建一些基本的目录，包括/dev、/proc、/sys等，同时把一些文件系统，如tmpfs、devpt、proc、sysfs等mount到相应的目录

• tmpfs是一种基于内存的文件系统，mount后就可以使用。
  • tmpfs文件系统下的文件都放在内存中，访问速度快，但是掉电丢失。因此适合存放一些临时性的文件
  • tmpfs文件系统的大小是动态变化的，刚开始占用空间很小，随着文件的增多会随之变大
  • Android将tmpfs文件系统mount到/dev目录。/dev目录用来存放系统创造的设备节点
• devpts是虚拟终端文件系统，通常mount到/dev/pts目录下
• proc也是一种基于内存的虚拟文件系统，它可以看作是内核内部数据结构的接口
  • 通过它可以获得系统的信息
  • 同时能够在运行时修改特定的内核参数
• sysfs文件系统和proc文件系统类似，它是在Linux 2.6内核引入的，作用是把系统设备和总线按层次组织起来，使得他们可以在用户空间存取

初始化kernel的Log系统

通过InitKernelLogging()函数进行初始化，由于此时Android的log系统还没有启动，所以Init只能使用kernel的log系统

        // Now that tmpfs is mounted on /dev and we have /dev/kmsg, we can actually
        // talk to the outside world...
        InitKernelLogging(argv);

初始化SELinux

        // Set up SELinux, loading the SELinux policy.
        SelinuxSetupKernelLogging();
        SelinuxInitialize();

SELinux是在Android 4.3加入的安全内核，后面详细介绍

初始化的第二阶段

创建.booting空文件

在/dev目录下创建一个空文件.booting表示初始化正在进行

    // At this point we're in the second stage of init.
    InitKernelLogging(argv);
    LOG(INFO) << "init second stage started!";
    //......
    // Indicate that booting is in progress to background fw loaders, etc.
    close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000));

大家留心注释，我们已经处于初始化的第二阶段了

• is_booting()函数会依靠空文件.booting来判断是否进程处于初始化中
• 初始化结束后这个文件将被删除

初始化Android的属性系统

    property_init();

property_init()函数主要作用是创建一个共享区域来储存属性值，后面会详细介绍

解析kernel参数并进行相关设置

    // If arguments are passed both on the command line and in DT,
    // properties set in DT always have priority over the command-line ones.
    process_kernel_dt();
    process_kernel_cmdline();

    // Propagate the kernel variables to internal variables
    // used by init as well as the current required properties.
    export_kernel_boot_props();

    // Make the time that init started available for bootstat to log.
    property_set("ro.boottime.init", getenv("INIT_STARTED_AT"));
    property_set("ro.boottime.init.selinux", getenv("INIT_SELINUX_TOOK"));

    // Set libavb version for Framework-only OTA match in Treble build.
    const char* avb_version = getenv("INIT_AVB_VERSION");
    if (avb_version) property_set("ro.boot.avb_version", avb_version);

这部分进行的是属性的设置，我们看下几个重点方法：

• process_kernel_dt()函数：读取设备树(DT)上的属性设置信息，查找系统属性，然后通过property_set设置系统属性
• process_kernel_cmdline()函数：解析kernel的cmdline文件提取以 androidboot.字符串打头的字符串，通过property_set设置该系统属性
• export_kernel_boot_props()函数：额外设置一些属性，这个函数中定义了一个集合，集合中定义的属性都会从kernel中读取并记录下来

进行第二阶段的SELinux设置

进行第二阶段的SELinux设置并恢复一些文件安全上下文

    // Now set up SELinux for second stage.
    SelinuxSetupKernelLogging();
    SelabelInitialize();
    SelinuxRestoreContext();

初始化子进程终止信号处理函数

    epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
    if (epoll_fd == -1) {
        PLOG(FATAL) << "epoll_create1 failed";
    }

    sigchld_handler_init();

在linux当中，父进程是通过捕捉SIGCHLD信号来得知子进程运行结束的情况，SIGCHLD信号会在子进程终止的时候发出。

• 为了防止init的子进程成为僵尸进程(zombie process)，init 在子进程结束时获取子进程的结束码
• 通过结束码将程序表中的子进程移除，防止成为僵尸进程的子进程占用程序表的空间
• 程序表的空间达到上限时，系统就不能再启动新的进程了，这样会引起严重的系统问题

设置系统属性并开启属性服务

    property_load_boot_defaults();
    export_oem_lock_status();
    start_property_service();
    set_usb_controller();

• property_load_boot_defaults()、export_oem_lock_status()、set_usb_controller()这三个函数都是调用、设置一些系统属性
• start_property_service()：开启系统属性服务

加载init.rc文件

init.rc是一个可配置的初始化文件，在Android中被用作程序的启动脚本，它是run commands运行命令的缩写

通常第三方定制厂商可以配置额外的初始化配置：init.%PRODUCT%.rc。在init的初始化过程中会解析该配置文件，完成定制化的配置过程。

init.rc文件的规则和具体解析逻辑后面详解，先看下它在main函数中的相关流程。

函数代码：

    const BuiltinFunctionMap function_map;
    Action::set_function_map(&function_map);

    subcontexts = InitializeSubcontexts();
    // 创建 action 相关对象
    ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
    // 创建 service 相关对象
    ServiceList& sm = ServiceList::GetInstance();
    // 加载并解析init.rc文件到对应的对象中
    LoadBootScripts(am, sm);

解析完成后，会执行

    am.QueueEventTrigger("early-init");

    // Queue an action that waits for coldboot done so we know ueventd has set up all of /dev...
    // 等待冷插拔设备初始化完成
    am.QueueBuiltinAction(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");
    // ... so that we can start queuing up actions that require stuff from /dev.
    am.QueueBuiltinAction(MixHwrngIntoLinuxRngAction, "MixHwrngIntoLinuxRng");
    am.QueueBuiltinAction(SetMmapRndBitsAction, "SetMmapRndBits");
    am.QueueBuiltinAction(SetKptrRestrictAction, "SetKptrRestrict");
    // 初始化组合键监听模块
    am.QueueBuiltinAction(keychord_init_action, "keychord_init");
    // 在屏幕上显示 Android 字样的Logo
    am.QueueBuiltinAction(console_init_action, "console_init");

    // Trigger all the boot actions to get us started.
    am.QueueEventTrigger("init");

    // Starting the BoringSSL self test, for NIAP certification compliance.
    am.QueueBuiltinAction(StartBoringSslSelfTest, "StartBoringSslSelfTest");

    // Repeat mix_hwrng_into_linux_rng in case /dev/hw_random or /dev/random
    // wasn't ready immediately after wait_for_coldboot_done
    am.QueueBuiltinAction(MixHwrngIntoLinuxRngAction, "MixHwrngIntoLinuxRng");

    // Don't mount filesystems or start core system services in charger mode.
    std::string bootmode = GetProperty("ro.bootmode", "");
    if (bootmode == "charger") {
        am.QueueEventTrigger("charger");
    } else {
        am.QueueEventTrigger("late-init");
    }

    // Run all property triggers based on current state of the properties.
    am.QueueBuiltinAction(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");

• am.QueueEventTrigger函数即表明到达了某个所需的某个时间条件
  • 如am.QueueEventTrigger("early-init")表明early-init条件触发，对应的动作可以开始执行
  • 需要注意的是这个函数只是将时间点(如：early-init)填充进event_queue_运行队列
  • 后面的while(true)循环才会真正的去按顺序取出，并触发相应的操作

到这里，

• init.rc相关的action和service已经解析完成
• 对应的列表也已经准备就绪
• 对应的Trigger也已经添加完成

接下来就是执行阶段了：

    while (true) {
        // 执行命令列表中的 Action
        if (!(waiting_for_prop || Service::is_exec_service_running())) {
            am.ExecuteOneCommand();
        }
        if (!(waiting_for_prop || Service::is_exec_service_running())) {
            if (!shutting_down) {
                // 启动服务列表中的服务
                auto next_process_restart_time = RestartProcesses();
                //......
            }
            //......
        }
        
        // 监听子进程的死亡通知信号
        epoll_event ev;
        int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, epoll_timeout_ms));
        if (nr == -1) {
            PLOG(ERROR) << "epoll_wait failed";
        } else if (nr == 1) {
            ((void (*)()) ev.data.ptr)();
        }
    }

到这里，main函数的整体流程就分析完了。分析过程中我们舍弃了很多细节，接下来就是填补细节的时候了。

启动Service进程

在main函数的while()循环中会调用RestartProcesses()来启动服务列表中的服务进程，我们看下函数源码：

static std::optional<boot_clock::time_point> RestartProcesses() {
    //......
    //循环检查每个服务
    for (const auto& s : ServiceList::GetInstance()) {
        // 判断标志位是否为 SVC_RESTARTING
        if (!(s->flags() & SVC_RESTARTING)) continue;
        // ......省略时间相关的判断
        // 启动服务进程
        auto result = s->Start();
    }
    //......
}

RestartProcesses()会检查每个服务：凡是带有SVC_RESTARTING标志的，才会执行服务的启动s->Start();

其实重点在s->Start();方法，我们具体来看下（删减版）：

Result<Success> Service::Start() {

    //......省略部分
    // 清空service相关标记
    // 判断service状态，如果已运行直接返回
    // 判断service二进制文件是否存在
    // 初始化console、scon(安全上下文)等
    //......省略部分

    pid_t pid = -1;
    if (namespace_flags_) {// 当service定义了namespace时会赋值为CLONE_NEWPID|CLONE_NEWNS
        pid = clone(nullptr, nullptr, namespace_flags_ | SIGCHLD, nullptr);
    } else {
        pid = fork();
    }

    if (pid == 0) {// 子进程创建成功
        //......省略部分
        // setenv、writepid、重定向标准IO
        //......省略部分

        // As requested, set our gid, supplemental gids, uid, context, and
        // priority. Aborts on failure.
        SetProcessAttributes();

        if (!ExpandArgsAndExecv(args_)) {// 解析参数并启动service
            PLOG(ERROR) << "cannot execve('" << args_[0] << "')";
        }
        // 不太懂这里退出的目的是干啥
        _exit(127);
    }

    if (pid < 0) {
        // 子进程创建失败
        pid_ = 0;
        return ErrnoError() << "Failed to fork";
    }

    //......省略部分
    // 执行service其他参数的设置，如oom_score_adj、创建并设置ProcessGroup相关的参数
    //......省略部分
    NotifyStateChange("running");
    return Success();
}

Service进程的启动流程还有很多细节，这部分只是简单介绍下流程，涉及的scon、PID、SID、PGID等东西还很多。

偷懒啦！能力、时间有限，先往下学习，待用到时再来啃吧

解析启动脚本init.rc

Init进程启动时最重要的工作就是解析并执行启动文件init.rc。官方说明文档下载链接

init.rc文件格式

init.rc文件是以section为单位组织的

• section分为两大类：

  • action：以关键字on开始，表示一堆命令的集合
  • service：以关键字service开始，表示启动某个进程的方式和参数

• section以关键字on或service开始，直到下一个on或service结束

• section中的注释以#开始

打个样儿：

import /init.usb.rc
import /init.${ro.hardware}.rc

on early-init
    mkdir /dev/memcg/system 0550 system system
    start ueventd

on init
    symlink /system/bin /bin
    symlink /system/etc /etc

on nonencrypted
    class_start main
    class_start late_start
    
on property:sys.boot_from_charger_mode=1
    class_stop charger
    trigger late-init

service ueventd /sbin/ueventd
    class core
    critical
    seclabel u:r:ueventd:s0
    shutdown critical

service flash_recovery /system/bin/install-recovery.sh
    class main
    oneshot

service ueventd /sbin/ueventd
    class core
    critical
    seclabel u:r:ueventd:s0
    shutdown critical

无论是action还是service，并不是按照文件中的书写顺序执行的，执行与否以及何时执行要由Init进程在运行时决定。

对于init.rc的action：

• 关键字on后面跟的字符串称为trigger，如上面的early-init、init等。
• trigger后面是命令列表，命令列表中的每一行就是一条命令。

对于init.rc的service：

• 关键字service后面是服务名称，可以使用start加服务名称来启动一个服务。如start ueventd
• 服务名称后面是进程的可执行文件的路径和启动参数
• service下面的行称为option，每个option占一行
  • 例如：class main中的class表示服务所属的类别，可以通过class_start来启动一组服务，像class_start main

想要了解更多，可以参考源码中的README文档，路径是system/core/init/README.md

init.rc的关键字

这部分是对system/core/init/README.md文档的整理，挑重点记录哈

Android的rc脚本包含了4中类型的声明：Action、Commands、Services、Options

• 所有的指令都以行为单位，各种符号则由空格隔开。
• c语言风格的反斜杠\可用于在符号间插入空格
• 双引号""可用于防止字符串被空格分割成多个记号
• 行末的反斜杠\可用于折行
• 注释以#开头
• Action和Services用来申明一个分组
  • 所有的Commands和Options都属于最近声明的分组
  • 位于第一个分组之前的Commands或Options将被忽略

Actions

Actions是一组Commands的集合。每个Action都有一个trigger用来决定何时执行。当触发条件与Action的trigger匹配一致时，此Action会被加入到执行队列的尾部

每个Action都会依次从队列中取出，此Action的每个Command都将依次执行。

Actions格式如下：

on  < trigger >
    < command >
    < command >
    < command >

Services

通过Services定义的程序，会在Init中启动，如果退出了会被重启。

Services的格式如下：

service <name> <pathname> [ <argument> ]*
   <option>
   <option>
   ...

Options

Options是Services的修订项。它们决定了一个Service何时以及如何运行。

• critical：表示这是一个关键的Service，如果Service4分钟内重新启动超过4次，系统将自动重启并进入recovery模式
• console []：表示该服务需要一个控制台
  • 第二个参数用来指定特定控制台名称，默认为/dev/console
  • 指定时需省略掉/dev/部分，如/dev/tty0需写成console tty0
• disabled：表示服务不会通过class_start启动。它必须以命令start service_name的方式指定来启动
• setenv ：在Service启动时将环境变量name设置为value
• socket [ [ [ ] ] ]：创建一个名为/dev/socket/的套接字，并把文件描述符传递给要启动的进程
  • type的值必须是dgram、stream、seqpacket
  • user和group默认为0
  • seclabel是这个socket的SElinux安全上下文，默认为当前service的上下文
• user ：在执行此服务之前切换用户名，默认的是root。如果进程没有相应的权限，则不能使用该命令
• oneshot：Service退出后不再重启
• class ：给Service指定一个名字。所有同名字的服务可以同时启动和停止。如果不通过class显示指定，默认为default
• onrestart：当Service重启时，执行一条命令

还有很多哈，就不一一介绍了，像shutdown 这种，参照官方说明就好啦

Triggers

trigger本质上是一个字符串，能够匹配某种包含该字符串的事件。trigger又被细分为事件触发器(event trigger)和属性触发器(property trigger)

• 事件触发器可由trigger命令或初始化过程中通过QueueEventTrigger()触发

  • 通常是一些事先定义的简单字符串，例如：boot,late-init等

• 属性触发器是当指定属性的变量值变成指定值时触发

  • 其格式为property:=*

请注意，一个Action可以有多个属性触发器，但是最多有一个事件触发器。看下官方的例子：

on boot && property:a=b

上面的Action只有在boot事件发生时，并且属性a和数值b相等的情况下才会被触发。

而对于下面的Action

on property:a=b && property:c=d 

存在三种触发情况：

• 在启动时,如果属性a的值等于b并且属性c的值等于d
• 在属性c的值已经是d的情况下,属性a的值被更新为b
• 在属性a的值已经是b的情况下,属性c的值被更新为d

对于事件触发器，大体包括：

类型	说明
boot	init.rc被装载后触发
device-added-	指定设备被添加时触发
device-removed-	指定设备被移除时触发
service-exited-	在特定服务退出时触发
early-init	初始化之前触发
late-init	初始化之后触发
init	初始化时触发

Commands

Command是用于Action的命令列表或者Service的Option中，在源码中是这样的：

static const Map builtin_functions = {
        {"chmod",                   {2,     2,    {true,   do_chmod}}},
        {"chown",                   {2,     3,    {true,   do_chown}}},
        {"class_start",             {1,     1,    {false,  do_class_start}}},
        {"class_stop",              {1,     1,    {false,  do_class_stop}}},
        ......
    };

看几个常用的吧

1. bootchart [start|stop]：开启或关闭进程启动时间记录工具

    //init.rc file
    mkdir /data/bootchart 0755 shell shell
    bootchart start

• 在Init进程中会启动bootchart，默认不会执行时间采集
• 当我们需要采集启动时间时，需创建一个/data/bootchart/enabled文件

2. chmod ：更改文件权限

chmode 0755 /metadata/keystone

3. chown ：更改文件的所有者和组

chown system system /metadata/keystone

4. mkdir [mode] [owner] [group]：创建指定目录

mkdir /data/bootchart 0755 shell shell

5. trigger ：触发某个事件（Action），用于将该事件排在某个事件之后

on late-init
    trigger early-fs
    trigger fs
    trigger post-fs
    trigger late-fs
    trigger post-fs-data
    trigger zygote-start
    trigger load_persist_props_action
    trigger early-boot
    trigger boot

6. class_start ：启动所有指定服务class下的未运行服务

    class_start main
    class_start late_start

7. class_stop ：停止所有指定服务class下的已运行服务

    class_stop charger

8. exec [ [ [ \* ] ] ] -- [ \* ]：通过给定的参数fork和启动一个命令。

• 具体的命令在--后开始
• 参数包括seclable（默认的话使用-）、user、group
• exec为阻塞式，在当前命令完成前，不会运行其它命令，此时Init进程暂停执行。

exec - system system -- /system/bin/tzdatacheck /system/usr/share/zoneinfo /data/misc/zoneinfo

还有很多指令就不一一介绍了，参考官方文档和源码就好啦

init脚本的解析

上面我们知道了，在init.cpp的main函数中通过LoadBootScripts()来加载rc脚本，我们简单看下解析流程（注释比较详细啦）

/**
 * 7.0后，init.rc进行了拆分，每个服务都有自己的rc文件
 * 他们基本上都被加载到/system/etc/init，/vendor/etc/init, /odm/etc/init等目录
 * 等init.rc解析完成后，会来解析这些目录中的rc文件，用来执行相关的动作
 * ===============================================================================
 * 对于自定义的服务来说，我们只需要通过 LOCAL_INIT_RC 指定自己的rc文件即可
 * 编译时会根据分区标签将rc文件拷贝到指定的partition/etc/init目录
 */
static void LoadBootScripts(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
    // 创建解析器
    Parser parser = CreateParser(action_manager, service_list);
    std::string bootscript = GetProperty("ro.boot.init_rc", "");
    if (bootscript.empty()) {
        // 如果没有特殊配置ro.boot.init_rc，先解析 init.rc 文件
        parser.ParseConfig("/init.rc");
        if (!parser.ParseConfig("/system/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/system/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/product/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/product/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/odm/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/odm/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/vendor/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/vendor/etc/init");
        }
    } else {
        // 直接解析 ro.boot.init_rc 中的数据
        parser.ParseConfig(bootscript);
    }
}

/**
 * 创建解析器，目前只有三种section：service、on、import
 * 与之对应的，函数中也出现了三种解析器：ServiceParser、ActionParser、ImportParser
 */
Parser CreateParser(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
    Parser parser;
    parser.AddSectionParser("service", std::make_unique<ServiceParser>(&service_list, subcontexts));
    parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>(&action_manager, subcontexts));
    parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>(&parser));
    return parser;
}

init中启动的守护进程

在init.rc中定义了很多守护进程，9我们来看下相关内容：

# adb 守护进程放在了这里
import /init.usb.rc
# service adbd /system/bin/adbd --root_seclabel=u:r:su:s0
#    class core
#    ......

on boot
    # Start standard binderized HAL daemons
    class_start hal
    # 启动所有class core的服务
    # 像adb、console等
    class_start core

on eraly-init
    start ueventd

on post-fs
    # Load properties from
    #     /system/build.prop,
    #     /odm/build.prop,
    #     /vendor/build.prop and
    #     /factory/factory.prop
    load_system_props
    # start essential services
    # 这几个 service 的.rc文件都在对应项目中，通过LOCAL_INIT_RC来指定
    start logd
    # 启动三个Binder服务管理相关的service
    # servicemanager用于框架/应用进程之间的 IPC，使用 AIDL 接口
    start servicemanager
    # hwservicemanager用于框架/供应商进程之间的 IPC，使用 HIDL 接口
    # 也可用于供应商进程之间的 IPC，使用 HIDL 接口
    start hwservicemanager
    # vndservicemanager用于供应商/供应商进程之间的 IPC，使用 AIDL 接口
    start vndservicemanager

on post-fs-data
    # 启动 vold（Volume守护进程），负责系统扩展储存的自动挂载
    # 这个进程后面详解
    start vold

# 负责响应 uevent 事件，创建对应的设备节点
service ueventd /sbin/ueventd
    class core
    ......
    
# 包含常用的shell命令，如ls、cd等
service console /system/bin/sh
    class core
    ......

# Zygote 进程在这里导入，现在支持32位和64位
import /init.${ro.zygote}.rc
# zygote中会启动一些相关service，像media、netd、wificond等
# service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server --socket-name=zygote
#    onrestart restart audioserver
#    onrestart restart cameraserver
#    onrestart restart media
#    onrestart restart netd
#    onrestart restart wificond
# 启动 Zygote 进程，触发这个action的位置在 on late-init 中
on zygote-start && property:ro.crypto.state=unencrypted
    start netd
    start zygote
    start zygote_secondary

启动流程和需要启动的service通过init.rc基本上就可以完成定制。

感觉Init进程通过解析*.rc的方式大大简化了开发，真的是6啊。设计这一套AIL的人是真滴猛。。。。。。。

Init进程对信号的处理

Init进程是系统的一号进程，系统中的其他进程都是Init进程的后代.

按照Linux的设计，Init进程需要在这些后代死亡时负责清理它们，以防止它们变成僵尸进程。

僵尸进程简介

关于僵尸进程可以参考Wiki百科-僵尸进程哈

在类UNIX系统中，僵尸进程是指完成执行（通过exit系统调用，或运行时发生致命错误或收到终止信号所致），但在操作系统的进程表中仍然存在其进程控制块，处于终止状态的进程。

这发生于子进程需要保留表项以允许其父进程读取子进程的退出状态：一旦退出态通过wait系统调用读取，僵尸进程条目就从进程表中删除，称之为回收（reaped）。

正常情况下，进程直接被其父进程wait并由系统回收。

僵尸进程的避免

• 父进程通过wait和waitpid等函数等待子进程结束，这会导致父进程挂起
• 如果父进程很忙，那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler，因为子进程结束后， 父进程会收到该信号，可以在handler中调用wait回收
• 如果父进程不关心子进程什么时候结束，那么可以用signal（SIGCHLD,SIG_IGN） 通知内核，自己对子进程的结束不感兴趣，那么子进程结束后，内核会回收，并不再给父进程发送信号
• 还有一些技巧，就是fork两次，父进程先fork一个子进程，然后继续工作，子进程fork一个孙进程后退出，那么孙进程被init接管，孙进程结束后，Init会回收。不过子进程的回收 还要自己做

我们下面来看下Init进程怎么处理的

初始化SIGCHLD信号

Init进程的main函数中，在初始化第二阶段，有这么一个方法sigchld_handler_init()：

// file : init.cpp
int main(int argc, char** argv) {
    ......
    sigchld_handler_init();
    ......
}
// file : sigchld_handler.cpp
void sigchld_handler_init() {
    // Create a signalling mechanism for SIGCHLD.
    // 创建一个socketpair，往一个socket中写，就可以从另外一个套接字中读取到数据
    int s[2];
    socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC, 0, s);
    signal_write_fd = s[0];
    signal_read_fd = s[1];

    // Write to signal_write_fd if we catch SIGCHLD.
    // 信号初始化相关参数设置
    // 设置SIGCHLD_handler信号处理函数
    // 设置SA_NOCLDSTOP标志
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_handler = SIGCHLD_handler;
    act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP;
    
    // 注册SIGCHLD信号
    sigaction(SIGCHLD, &act, 0);

    ReapAnyOutstandingChildren();
    
    // 注册signal_read_fd到epoll_fd
    register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal);
}
// file : sigchld_handler.cpp
/**
 * SIGCHLD_handler的作用是当init进程接收到SIGCHLD信号时，往signal_write_fd中写入数据
 * 这个时候套接字对中的另外一个signal_read_fd就可读了。
 */
static void SIGCHLD_handler(int) {
    if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(signal_write_fd, "1", 1)) == -1) {
        PLOG(ERROR) << "write(signal_write_fd) failed";
    }
}
// file : sigchld_handler.cpp
/**
 * register_epoll_handler函数主要的作用是注册属性socket文件描述符到轮询描述符epoll_fd
 */
void register_epoll_handler(int fd, void (*fn)()) {
    epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.ptr = reinterpret_cast(fn);
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1) {
        PLOG(ERROR) << "epoll_ctl failed";
    }
}

信号的初始化是通过系统调用sigaction()来完成的

• 参数act中：
  • sa_handler用来指定信号的处理函数
  • sa_flags用来指定触发标志，SA_NOCLDSTOP标志意味着当子进程终止时才接收SIGCHLD信号

在Linux系统中，信号又称为软中断，信号的到来会中断进程正在处理的工作，因此在信号处理函数中不要去调用一些不可重入的函数。而且Linux不会对信号排队，不管是在信号的处理期间再来多少个信号，当前的信号处理函数执行完后，内核只会再发送一个信号给进程，因此，为了不丢失信号，我们的信号处理函数执行得越快越好

而对于SIGCHLD信号，父进程需要执行等待操作，这样的话时间就比较长了，因此需要有办法解决这个矛盾

• 上面的代码中创建了一对本地socket用于进程间通信
• 当信号到来时，SIGCHLD_handler处理函数只要向socket中的signal_write_fd写入数据就可以
• 这样，信号的处理就转变到了socket的处理上了

此时，我们需要监听signal_read_fd，并提供一个回调函数，这就是register_epoll_handler()函数的作用

• 函数中的EPOLLIN表示当文件描述符可读时才会触发
• *fn就是触发后的回调函数指针，赋值给了ev.data.ptr，请留意下这个指针变量，后面会用到
• 提供的回调函数就是handle_signal()

响应子进程的死亡事件

Init进程启动完毕后，会监听创建的socket，如果有数据到来，主线程会唤醒并调用处理函数handle_signal()

static void handle_signal() {
    // Clear outstanding requests.
    // 清空 signal_read_fd 中的数据
    char buf[32];
    read(signal_read_fd, buf, sizeof(buf));
    
    ReapAnyOutstandingChildren(); 
}
void ReapAnyOutstandingChildren() {
    while (ReapOneProcess()) {
    }
}
static bool ReapOneProcess() {
    siginfo_t siginfo = {};
    // This returns a zombie pid or informs us that there are no zombies left to be reaped.
    // It does NOT reap the pid; that is done below.
    // 查询是否存在僵尸进程
    if (TEMP_FAILURE_RETRY(waitid(P_ALL, 0, &siginfo, WEXITED | WNOHANG | WNOWAIT)) != 0) {
        PLOG(ERROR) << "waitid failed";
        return false;
    }
    // 没有僵尸进程直接返回
    auto pid = siginfo.si_pid;
    if (pid == 0) return false;

    // At this point we know we have a zombie pid, so we use this scopeguard to reap the pid
    // whenever the function returns from this point forward.
    // We do NOT want to reap the zombie earlier as in Service::Reap(), we kill(-pid, ...) and we
    // want the pid to remain valid throughout that (and potentially future) usages.
    // 等待子进程终止
    auto reaper = make_scope_guard([pid] { TEMP_FAILURE_RETRY(waitpid(pid, nullptr, WNOHANG)); });
    ......
    if (!service) return true;
    // 进行退出的其他操作
    service->Reap(siginfo);
    ......
}

当接收到子进程的SIGCHLD信号后，会找出该进程对应的Service对象，然后调用Reap函数，我们看下函数内容：

void Service::Reap(const siginfo_t& siginfo) {
    // 如果 不是oneshot 或者 是重启的子进程
    // 杀掉整个进程组，思考了下，先杀掉为重启做准备吧
    // 这样当重启的时候，就不会因为子进程已经存在而导致错误了
    if (!(flags_ & SVC_ONESHOT) || (flags_ & SVC_RESTART)) {
        KillProcessGroup(SIGKILL);
    }
    // 做一些当前进程的清理工作
    ......

    // Oneshot processes go into the disabled state on exit,
    // except when manually restarted.
    // 如果 是oneshot 或者 不是重启的子进程，设置为SVC_DISABLED
    if ((flags_ & SVC_ONESHOT) && !(flags_ & SVC_RESTART)) {
        flags_ |= SVC_DISABLED;
    }

    // Disabled and reset processes do not get restarted automatically.
    // 如果是SVC_DISABLED或者SVC_RESET
    // 设置进程状态为stopped，然后返回
    if (flags_ & (SVC_DISABLED | SVC_RESET))  {
        NotifyStateChange("stopped");
        return;
    }

    // If we crash > 4 times in 4 minutes, reboot into recovery.
    // 省略 crash 次数检测
    ......
    // 省略一些进程状态的设置，都是和重启相关的
    
    // Execute all onrestart commands for this service.
    // 执行onrestart的指令
    onrestart_.ExecuteAllCommands();
    
    // 设置状态为重启中
    NotifyStateChange("restarting");
    return;
}

在Reap()函数中

• 会根据对应进程Service对象的flags_标志位来判断该进程能不能重启
• 如果需要重启，就给flags_标志位添加SVC_RESTARTING标志位

到这里，我们清楚了handle_signal()函数的内部流程，那么它又是从哪里被调用的呢？

我们再回到init.cpp的main()方法中看看：

    while (true) {
        ......
        epoll_event ev;
        int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, epoll_timeout_ms));
        if (nr == -1) {
            PLOG(ERROR) << "epoll_wait failed";
        } else if (nr == 1) {
            ((void (*)()) ev.data.ptr)();
        }
    }

请注意ev.data.ptr，还记得register_epoll_handler()函数不

void register_epoll_handler(int fd, void (*fn)()) {
    ......
    ev.data.ptr = reinterpret_cast<void*>(fn);
    ......
}

当epoll_wait有数据接收到时，就会执行((void (*)()) ev.data.ptr)();，也就是我们的回调函数handle_signal()了

咳咳咳，到这里就把Init进程对子进程死亡通知的逻辑给梳理完了，源码一直在变，好在核心的逻辑没有变化，且看且珍惜吧，哈哈哈~

属性系统

简介

属性在Android系统中大量使用，用来保存系统设置或在进程间传递一些简单的信息

• 每个属性由属性名和属性值组成
• 属性名通常一长串以.分割的字符串，这些名称的前缀有特定含义，不能随便改动
• 属性值只能是字符串

Java层可以通过如下方法来获取和设置属性：

//class android.os.SystemProperties
    @SystemApi
    public static String get(String key);
    @SystemApi
    public static String get(String key, String def);
    @hide
    public static void set(String key, String val);

native层可以使用：

android::base::GetProperty(key, "");
android::base::SetProperty(key, val);

对于系统中的每个进程来说：

• 读取属性值对任何进程都是没有限制的，直接由本进程从共享区域中读取
• 修改属性值则必须通过Init进程完成，同时Init进程还需要检查发起请求的进程是否具有相应的权限

属性值修改成功后，Init进程会检查init.rc文件中是否已经定义了和该属性值匹配的trigger。如果有定义，则执行trigger下的命令。如：

on property:ro.debuggable=1
    start console

这个trigger的含义是：当属性ro.debuggable被设置为1，则执行命令start console，启动console

Android系统级应用和底层模块非常依赖属性系统，常常依靠属性值来决定它们的行为。

Android的系统设置程序中，很多功能的打开和关闭都是通过某个特定的系统属性值来控制。这也意味着随便改变属性值将会严重影响系统的运行，因此，对于属性值的修改必须要有特定的权限。对于权限的设定，现在统一由SELinux来控制。

属性服务的启动流程

我们先看下属性服务启动的整体流程：

int main(int argc, char** argv) {
    ......
    // 属性服务初始化
    property_init();
    ......
    // 启动属性服务
    start_property_service();
    ......
}

在init.cpp的main()函数中，通过property_init();来对属性服务进行初始化

void property_init() {
    // 创建一个文件夹，权限711，只有owner才可以设置
    mkdir("/dev/__properties__", S_IRWXU | S_IXGRP | S_IXOTH);
    // 读取一些属性文件，将属性值存储在一个集合中
    CreateSerializedPropertyInfo();
    if (__system_property_area_init()) {// 创建属性共享内存空间(这个函数是libc库的部分)
        LOG(FATAL) << "Failed to initialize property area";
    }
    if (!property_info_area.LoadDefaultPath()) {// 加载默认路径上的属性到共享区域
        LOG(FATAL) << "Failed to load serialized property info file";
    }
}

然后通过start_property_service()函数启动服务：

void start_property_service() {
    // 省略SELinux相关操作
    ......
    property_set("ro.property_service.version", "2");
    // 创建prop service对应的socket，并返回socket fd
    property_set_fd = CreateSocket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK, false, 0666, 0, 0, nullptr);
    // 省略创建失败的异常判断
    ......
    // 设置最大连接数量为8
    listen(property_set_fd, 8);
    // 注册epolls事件监听property_set_fd
    // 当监听到数据变化时，调用handle_property_set_fd函数
    register_epoll_handler(property_set_fd, handle_property_set_fd);
}

• socket描述符property_set_fd被创建后，用epoll来监听property_set_fd
• 当property_set_fd有数据到来时，init进程将调用handle_property_set_fd()函数来进行处理

我们再来看下handle_property_set_fd()函数

static void handle_property_set_fd() {
    static constexpr uint32_t kDefaultSocketTimeout = 2000; /* ms */
    // 省略一些异常判断
    ......
    uint32_t cmd = 0;
    // 省略cmd读取操作和一些异常判断
    ......
    switch (cmd) {
    case PROP_MSG_SETPROP: {
        char prop_name[PROP_NAME_MAX];
        char prop_value[PROP_VALUE_MAX];
        // 省略字符数据的读取组装操作
        ......
        uint32_t result =
            HandlePropertySet(prop_name, prop_value, socket.source_context(), cr, &error);
        // 省略异常情况处理
        ......
        break;
      }

    case PROP_MSG_SETPROP2: {
        std::string name;
        std::string value;
        // 省略字符串数据的读取操作
        ......
        uint32_t result = HandlePropertySet(name, value, socket.source_context(), cr, &error);
        // 省略异常情况处理
        ......
        break;
      }
    default:
        LOG(ERROR) << "sys_prop: invalid command " << cmd;
        socket.SendUint32(PROP_ERROR_INVALID_CMD);
        break;
    }
}

Init进程在接收到设置属性的cmd后，会执行处理函数HandlePropertySet()

uint32_t HandlePropertySet(const std::string& name, const std::string& value,
                           const std::string& source_context, 
                           const ucred& cr, std::string* error) {
    // 判断要设置的属性名称是否合法
    // 相当于命名规则检查
    if (!IsLegalPropertyName(name)) {
        // 不合法直接返回
        return PROP_ERROR_INVALID_NAME;
    }
    // 如果是ctl开头，说明是控制类属性
    if (StartsWith(name, "ctl.")) {
        // 检查是否具有对应的控制权限
        ......
        // 权限通过后执行对应的控制指令
        // 其实控制指令就简单的几个start/stop等，大家可以在深入阅读下这个函数
        HandleControlMessage(name.c_str() + 4, value, cr.pid);
        return PROP_SUCCESS;
    }
    const char* target_context = nullptr;
    const char* type = nullptr;
    // 获取要设置的属性的上下文和数据类型
    // 后面会对target_context和type进行比较判断
    property_info_area->GetPropertyInfo(name.c_str(), &target_context, &type);
    // 检查是否具有当前属性的set权限
    if (!CheckMacPerms(name, target_context, source_context.c_str(), cr)) {
        // 没有直接返回
        return PROP_ERROR_PERMISSION_DENIED;
    }
    // 对属性的类型和要写入数据的类型进行判断
    // 大家看看CheckType函数就明白了，其实只有一个string类型。。。。。
    if (type == nullptr || !CheckType(type, value)) {
        // 不合法，直接返回
        return PROP_ERROR_INVALID_VALUE;
    }
    // 如果是sys.powerctl属性，需要做一些特殊处理
    if (name == "sys.powerctl") {
        // 增加一些额外打印
        ......
    }
    if (name == "selinux.restorecon_recursive") {
        // 特殊属性，特殊处理
        return PropertySetAsync(name, value, RestoreconRecursiveAsync, error);
    }
    return PropertySet(name, value, error);
}

除了一些特殊的属性外，真正设置属性的函数是PropertySet

static uint32_t PropertySet(const std::string& name, const std::string& value, std::string* error) {
    size_t valuelen = value.size();
    // 判断属性名是否合法
    if (!IsLegalPropertyName(name)) {
        *error = "Illegal property name";
        return PROP_ERROR_INVALID_NAME;
    }
    // 判断写入的数据长度是否合法
    // 判断属性是否为只读属性（ro）
    if (valuelen >= PROP_VALUE_MAX && !StartsWith(name, "ro.")) {
        *error = "Property value too long";
        return PROP_ERROR_INVALID_VALUE;
    }
    // 判断要写入数据的编码格式
    if (mbstowcs(nullptr, value.data(), 0) == static_cast<std::size_t>(-1)) {
        *error = "Value is not a UTF8 encoded string";
        return PROP_ERROR_INVALID_VALUE;
    }
    // 根据属性名获取系统中存放的属性对象
    prop_info* pi = (prop_info*) __system_property_find(name.c_str());
    if (pi != nullptr) {
        // ro.* properties are actually "write-once".
        // ro开头的属性只允许写入一次
        if (StartsWith(name, "ro.")) {
            *error = "Read-only property was already set";
            return PROP_ERROR_READ_ONLY_PROPERTY;
        }
        // 如果已经存在，并且不是只读属性，执行属性更新函数
        __system_property_update(pi, value.c_str(), valuelen);
    } else {
        // 如果系统中不存在属性，执行添加属性添加函数
        int rc = __system_property_add(name.c_str(), name.size(), value.c_str(), valuelen);
        if (rc < 0) {
            *error = "__system_property_add failed";
            return PROP_ERROR_SET_FAILED;
        }
    }
    // Don't write properties to disk until after we have read all default
    // properties to prevent them from being overwritten by default values.
    // 如果是持久化的属性，进行持久化处理
    if (persistent_properties_loaded && StartsWith(name, "persist.")) {
        WritePersistentProperty(name, value);
    }
    // 将属性的变更添加到Action队列中
    property_changed(name, value);
    return PROP_SUCCESS;
}

Init进程epoll属性的socket，等待和处理属性请求。

• 如果有请求到来，则调用handle_property_set_fd来处理这个请求
• 在handle_property_set_fd函数里，首先检查请求者的uid/gid看看是否有权限，如果有权限则调property_service.cpp中的PropertySet函数。

在PropertySet函数中

• 它先查找就没有这个属性，如果找到，更改属性。如果找不到，则添加新属性。
• 更改时还会判断是不是ro属性，如果是，则不能更改。
• 如果是persist的话还会写到/data/property/中。

最后它会调property_changed函数，把事件挂到队列里

• 如果有人注册这个属性的话（比如init.rc中on property:ro.kernel.qemu=1），最终会触发它

ueventd和watchdogd简介

ueventd进程

守护进程ueventd的主要作用是接收ueventd来创建和删除设备中dev目录下的设备节点

ueventd进程和Init进程并不是一个进程，但是它们的二进制文件是相同的，只不过启动时参数不一样导致程序的执行流程不一样。

在init.rc文件中

on early-init
    start ueventd

## Daemon processes to be run by init.
##
service ueventd /sbin/ueventd
    class core
    critical
    seclabel u:r:ueventd:s0
    shutdown critical

这样Init进程在执行action eraly-init是就会启动ueventd进程。

watchdogd进程

watchdogd和ueventd类型，都是独立于Init的进程，但是代码和Init进程在一起。watchdogd是用来配合硬件看门狗的。

当一个硬件系统开启了watchdog功能，那么运行在这个硬件系统之上的软件必须在规定的时间间隔内向watchdog发送一个信号。这个行为简称为喂狗(feed dog)，以免watchdog记时超时引发系统重起。

现在的系统中很少有看到watchdogd进程了，不过这种模式还是很不错、值得借鉴的