Android init进程——源码分析

概述

    Android本质上是一个基于Linux内核的开源操作系统，与我现在用的Ubuntu系统类似，但是所有的Android设备都是运行在ARM处理器（ARM源自进阶精简指令集机器，源自ARM架构）上，而像Ubuntu操作系统是x86（x86是一系列的基于intel 8086 CPU计算机微处理器指令集架构）系统。不过既然Android也是基于Linux内核的系统，那么基本的启动过程也应该符合Linux的规则。下图基本描述了当你按下电源开关后Android设备的执行步骤：

    一个完整的Linux系统首先会将一个Linux内核装载到内存，也就是编译Linux内核源代码生产的bzImage文件，对于为Android优化的LInux内核源代码会生成zImage文件。该文件就是Linux内核的二进制版本。由于zImage在内核空间运行，而我们平常使用的软件都是在应用空间运行，内核空间和应用空间是不能直接通过内存地址级别访问的，所以就需要建立某种通讯机制。目前Linux有很多通讯机制可以在用户空间和内核空间之间交互，例如设备驱动文件（位于/dev目录中）、内存文件（/proc、/sys目录等）。Linux的重要特征之一就是一切都是以文件的形式存在，例如，一个设备通常与一个或多个设备文件对应。这些与内核空间交互的文件都在用户空间，所以在Linux内核装载完，需要首先建立这些文件所在的目录，而完成这些工作的程序就是init进程。在分析init的核心代码之前，可以初步了解init的主要做了如下工作：

1. Android系统有很多属性，init提供了一个property_service（属性服务）来管理它们。
2. 处理配置文件的命令（主要是init.rc文件），包括处理各种Action。

init进程源码

    源码位于：system/core/init/目录，本文将基于Android4.4.4_r1版本进行分析。其中init.c是init的主文件，由于init是命令行程序，所以分析init.c需要从main函数入手，我对main函数做了注释，代码如下：

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd_count = 0;
    struct pollfd ufds[4];
    char *tmpdev;
    char* debuggable;
    char tmp[32];
    int property_set_fd_init = 0;
    int signal_fd_init = 0;
    int keychord_fd_init = 0;
    bool is_charger = false;

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

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

    /* clear the umask */
    umask(0);

    // 创建用户空间的目录，例如/dev,/proc,/sys等。
    mkdir("/dev", 0755);
    mkdir("/proc", 0755);
    mkdir("/sys", 0755);

    mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");
    mkdir("/dev/pts", 0755);
    mkdir("/dev/socket", 0755);
    mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
    mount("proc", "/proc", "proc", 0, NULL);
    mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);

    // 检测/dev/.booting文件是否可读写和可创建。
    close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT, 0000));

    // 将标准输入、输出、错误输出重定向到/dev/__null__。
    open_devnull_stdio();
    // 将init的日志输出设备设置为/dev/__kmsg__。
    klog_init();
    // 初始化和属性相关的资源
    property_init();

    get_hardware_name(hardware, &revision);
    
    // 处理内核命令行
    process_kernel_cmdline();

    union selinux_callback cb;
    cb.func_log = klog_write;
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_LOG, cb);

    cb.func_audit = audit_callback;
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_AUDIT, cb);

    selinux_initialize();
    /* These directories were necessarily created before initial policy load
     * and therefore need their security context restored to the proper value.
     * This must happen before /dev is populated by ueventd.
     */
    restorecon("/dev");
    restorecon("/dev/socket");
    restorecon("/dev/__properties__");
    restorecon_recursive("/sys");

    is_charger = !strcmp(bootmode, "charger");

    INFO("property init\n");
    if (!is_charger)
        property_load_boot_defaults();

    INFO("reading config file\n");
    // 分析/init.rc文件的内容
    init_parse_config_file("/init.rc");
    
    // 解析完init.rc配置文件后，会得到一系列的Action动作。
    // init将动作的执行时间划分为四个阶段：early-init,init,early-boot,boot
    action_for_each_trigger("early-init", action_add_queue_tail);

    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");
    queue_builtin_action(keychord_init_action, "keychord_init");
    queue_builtin_action(console_init_action, "console_init");

    /* execute all the boot actions to get us started */
    action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail);

    /* skip mounting filesystems in charger mode */
    if (!is_charger) {
        action_for_each_trigger("early-fs", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("fs", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("post-fs", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("post-fs-data", action_add_queue_tail);
    }

    /* Repeat mix_hwrng_into_linux_rng in case /dev/hw_random or /dev/random
     * wasn't ready immediately after wait_for_coldboot_done
     */
    queue_builtin_action(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");

    queue_builtin_action(property_service_init_action, "property_service_init");
    queue_builtin_action(signal_init_action, "signal_init");
    queue_builtin_action(check_startup_action, "check_startup");

    if (is_charger) {
        action_for_each_trigger("charger", action_add_queue_tail);
    } else {
        action_for_each_trigger("early-boot", action_add_queue_tail);
        action_for_each_trigger("boot", action_add_queue_tail);
    }

        /* run all property triggers based on current state of the properties */
    queue_builtin_action(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");


#if BOOTCHART
    queue_builtin_action(bootchart_init_action, "bootchart_init");
#endif
    // 进入无限循环，建立init的子进程(init是所有进程的父进程)
    for(;;) {
        int nr, i, timeout = -1;

        execute_one_command();
        restart_processes();

        if (!property_set_fd_init && get_property_set_fd() > 0) {
            ufds[fd_count].fd = get_property_set_fd();
            ufds[fd_count].events = POLLIN;
            ufds[fd_count].revents = 0;
            fd_count++;
            property_set_fd_init = 1;
        }
        if (!signal_fd_init && get_signal_fd() > 0) {
            ufds[fd_count].fd = get_signal_fd();
            ufds[fd_count].events = POLLIN;
            ufds[fd_count].revents = 0;
            fd_count++;
            signal_fd_init = 1;
        }
        if (!keychord_fd_init && get_keychord_fd() > 0) {
            ufds[fd_count].fd = get_keychord_fd();
            ufds[fd_count].events = POLLIN;
            ufds[fd_count].revents = 0;
            fd_count++;
            keychord_fd_init = 1;
        }

        if (process_needs_restart) {
            timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000;
            if (timeout < 0)
                timeout = 0;
        }

        if (!action_queue_empty() || cur_action)
            timeout = 0;

#if BOOTCHART
        if (bootchart_count > 0) {
            if (timeout < 0 || timeout > BOOTCHART_POLLING_MS)
                timeout = BOOTCHART_POLLING_MS;
            if (bootchart_step() < 0 || --bootchart_count == 0) {
                bootchart_finish();
                bootchart_count = 0;
            }
        }
#endif

        nr = poll(ufds, fd_count, timeout);
        if (nr <= 0)
            continue;

        for (i = 0; i < fd_count; i++) {
            if (ufds[i].revents == POLLIN) {
                if (ufds[i].fd == get_property_set_fd())
                    handle_property_set_fd();
                else if (ufds[i].fd == get_keychord_fd())
                    handle_keychord();
                else if (ufds[i].fd == get_signal_fd())
                    handle_signal();
            }
        }
    }

    return 0;
}

推荐阅读链接

经过了一段时间对Android系统的学习，我发现init进程主要完成了两大块任务：

• 解析init.rc配置文件。
• 属性服务。

针对这两大块任务，我花费精力用Markdown语法重写了两篇文章，建议阅读：

1. Android init进程——属性服务

2. Android init进程——解析配置文件