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前言
作为“Android框架层”这个大系列中的第一个系列，我们首先要了解的是Android系统启动流程，在这个流程中会涉及到很多重要的知识点，这个系列我们就来一一讲解它们，这一篇我们就来学习init进程。
<!--more-->1.init简介
init进程是Android系统中用户空间的第一个进程，作为第一个进程，它被赋予了很多极其重要的工作职责，比如创建zygote(孵化器)和属性服务等。init进程是由多个源文件共同组成的，这些文件位于源码目录system/core/init。本文将基于Android7.0源码来分析Init进程。
2.引入init进程
说到init进程，首先要提到Android系统启动流程的前几步： 1.启动电源以及系统启动 当电源按下时引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序Bootloader到RAM，然后执行。 2.引导程序Bootloader 引导程序是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，它的主要作用是把系统OS拉起来并运行。 3.linux内核启动 内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表，加载驱动。当内核完成系统设置，它首先在系统文件中寻找”init”文件，然后启动root进程或者系统的第一个进程。 4.init进程启动
讲到第四步就发现我们这一节要讲的init进程了。关于Android系统启动流程的所有步骤会在本系列的最后一篇做讲解。
3.init入口函数
init的入口函数为main，代码如下所示。 system/core/init/init.cpp
1int main(int argc, char** argv) { 2 if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) { 3 return ueventd_main(argc, argv); 4 } 5 if (!strcmp(basename(argv[0]), "watchdogd")) { 6 return watchdogd_main(argc, argv); 7 } 8 umask(0); 9 add_environment("PATH", _PATH_DEFPATH); 10 bool is_first_stage = (argc == 1) || (strcmp(argv[1], "--second-stage") != 0); 11 //创建文件并挂载 12 if (is_first_stage) { 13 mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755"); 14 mkdir("/dev/pts", 0755); 15 mkdir("/dev/socket", 0755); 16 mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL); 17 #define MAKE_STR(x) __STRING(x) 18 mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC)); 19 mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL); 20 } 21 open_devnull_stdio(); 22 klog_init(); 23 klog_set_level(KLOG_NOTICE_LEVEL); 24 NOTICE("init %s started!\n", is_first_stage ? "first stage" : "second stage"); 25 if (!is_first_stage) { 26 // Indicate that booting is in progress to background fw loaders, etc. 27 close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000)); 28 //初始化属性相关资源 29 property_init();//1 30 process_kernel_dt(); 31 process_kernel_cmdline(); 32 export_kernel_boot_props(); 33 } 34 ... 35 //启动属性服务 36 start_property_service();//2 37 const BuiltinFunctionMap function_map; 38 Action::set_function_map(&function_map); 39 Parser& parser = Parser::GetInstance(); 40 parser.AddSectionParser("service",std::make_unique<ServiceParser>()); 41 parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>()); 42 parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>()); 43 //解析init.rc配置文件 44 parser.ParseConfig("/init.rc");//3 45 ... 46 while (true) { 47 if (!waiting_for_exec) { 48 am.ExecuteOneCommand(); 49 restart_processes(); 50 } 51 int timeout = -1; 52 if (process_needs_restart) { 53 timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000; 54 if (timeout < 0) 55 timeout = 0; 56 } 57 if (am.HasMoreCommands()) { 58 timeout = 0; 59 } 60 bootchart_sample(&timeout); 61 epoll_event ev; 62 int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout)); 63 if (nr == -1) { 64 ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno)); 65 } else if (nr == 1) { 66 ((void (*)()) ev.data.ptr)(); 67 } 68 } 69 return 0; 70}
init的main方法做了很多事情，我们只需要关注主要的几点，在注释1处调用 property_init来对属性进行初始化并在注释2处的 调用start_property_service启动属性服务，关于属性服务，后面会讲到。注释3处 parser.ParseConfig("/init.rc")用来解析init.rc。解析init.rc的文件为system/core/init/init_parse.cpp文件，接下来我们查看init.rc里做了什么。
4.init.rc
init.rc是一个配置文件，内部由Android初始化语言编写（Android Init Language）编写的脚本，它主要包含五种类型语句： Action、Commands、Services、Options和Import。init.rc的配置代码如下所示。 system/core/rootdir/init.rc
1on init 2 sysclktz 0 3 # Mix device-specific information into the entropy pool 4 copy /proc/cmdline /dev/urandom 5 copy /default.prop /dev/urandom 6... 7 8on boot 9 # basic network init 10 ifup lo 11 hostname localhost 12 domainname localdomain 13 # set RLIMIT_NICE to allow priorities from 19 to -20 14 setrlimit 13 40 40 15... 16
这里只截取了一部分代码，其中#是注释符号。on init和on boot是Action类型语句，它的格式为：
1on <trigger> [&& <trigger>]* //设置触发器 2 <command> 3 <command> //动作触发之后要执行的命令
为了分析如何创建zygote，我们主要查看Services类型语句，它的格式如下所示：
1service <name> <pathname> [ <argument> ]* //<service的名字><执行程序路径><传递参数> 2 <option> //option是service的修饰词，影响什么时候、如何启动services 3 <option> 4 ...
需要注意的是在Android 7.0中对init.rc文件进行了拆分，每个服务一个rc文件。我们要分析的zygote服务的启动脚本则在init.zygoteXX.rc中定义，这里拿64位处理器为例，init.zygote64.rc的代码如下所示。 system/core/rootdir/init.zygote64.rc
1service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server 2 class main 3 socket zygote stream 660 root system 4 onrestart write /sys/android_power/request_state wake 5 onrestart write /sys/power/state on 6 onrestart restart audioserver 7 onrestart restart cameraserver 8 onrestart restart media 9 onrestart restart netd 10 writepid /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks
其中service用于通知init进程创建名zygote的进程，这个zygote进程执行程序的路径为/system/bin/app_process64，后面的则是要传给app_process64的参数。class main指的是zygote的class name为main，后文会用到它。
5.解析service
接下来我们来解析service，会用到两个函数，一个是ParseSection，它会解析service的rc文件，比如上文讲到的init.zygote64.rc，ParseSection函数主要用来搭建service的架子。另一个是ParseLineSection，用于解析子项。代码如下所示。 system/core/init/service.cpp
1bool ServiceParser::ParseSection(const std::vector<std::string>& args, 2 std::string* err) { 3 if (args.size() < 3) { 4 *err = "services must have a name and a program"; 5 return false; 6 } 7 const std::string& name = args[1]; 8 if (!IsValidName(name)) { 9 *err = StringPrintf("invalid service name '%s'", name.c_str()); 10 return false; 11 } 12 std::vector<std::string> str_args(args.begin() + 2, args.end()); 13 service_ = std::make_unique<Service>(name, "default", str_args);//1 14 return true; 15} 16 17bool ServiceParser::ParseLineSection(const std::vector<std::string>& args, 18 const std::string& filename, int line, 19 std::string* err) const { 20 return service_ ? service_->HandleLine(args, err) : false; 21} 22
注释1处，根据参数，构造出一个service对象，它的classname为"default"。当解析完毕时会调用EndSection：
1void ServiceParser::EndSection() { 2 if (service_) { 3 ServiceManager::GetInstance().AddService(std::move(service_)); 4 } 5}
接着查看AddService做了什么：
1void ServiceManager::AddService(std::unique_ptr<Service> service) { 2 Service* old_service = FindServiceByName(service->name()); 3 if (old_service) { 4 ERROR("ignored duplicate definition of service '%s'", 5 service->name().c_str()); 6 return; 7 } 8 services_.emplace_back(std::move(service));//1 9}
注释1处的代码将service对象加入到services链表中。上面的解析过程总体来讲就是根据参数创建出service对象，然后根据选项域的内容填充service对象，最后将service对象加入到vector类型的services链表中。，
6.init启动zygote
讲完了解析service，接下来该讲init是如何启动service，在这里我们主要讲解启动zygote这个service。在zygote的启动脚本中我们得知zygote的class name为main。在init.rc有如下配置代码： system/core/rootdir/init.rc
1... 2on nonencrypted 3 # A/B update verifier that marks a successful boot. 4 exec - root -- /system/bin/update_verifier nonencrypted 5 class_start main 6 class_start late_start 7...
其中class_start是一个COMMAND，对应的函数为do_class_start。我们知道main指的就是zygote，因此class_start main用来启动zygote。do_class_start函数在builtins.cpp中定义，如下所示。
system/core/init/builtins.cpp
1static int do_class_start(const std::vector<std::string>& args) { 2 /* Starting a class does not start services 3 * which are explicitly disabled. They must 4 * be started individually. 5 */ 6 ServiceManager::GetInstance(). 7 ForEachServiceInClass(args[1], [] (Service* s) { s->StartIfNotDisabled(); }); 8 return 0; 9}
来查看StartIfNotDisabled做了什么： system/core/init/service.cpp
1bool Service::StartIfNotDisabled() { 2 if (!(flags_ & SVC_DISABLED)) { 3 return Start(); 4 } else { 5 flags_ |= SVC_DISABLED_START; 6 } 7 return true; 8}
接着查看Start方法，如下所示。
1bool Service::Start() { 2 flags_ &= (~(SVC_DISABLED|SVC_RESTARTING|SVC_RESET|SVC_RESTART|SVC_DISABLED_START)); 3 time_started_ = 0; 4 if (flags_ & SVC_RUNNING) {//如果Service已经运行，则不启动 5 return false; 6 } 7 bool needs_console = (flags_ & SVC_CONSOLE); 8 if (needs_console && !have_console) { 9 ERROR("service '%s' requires console\n", name_.c_str()); 10 flags_ |= SVC_DISABLED; 11 return false; 12 } 13 //判断需要启动的Service的对应的执行文件是否存在，不存在则不启动该Service 14 struct stat sb; 15 if (stat(args_[0].c_str(), &sb) == -1) { 16 ERROR("cannot find '%s' (%s), disabling '%s'\n", 17 args_[0].c_str(), strerror(errno), name_.c_str()); 18 flags_ |= SVC_DISABLED; 19 return false; 20 } 21 22... 23 pid_t pid = fork();//1.fork函数创建子进程 24 if (pid == 0) {//运行在子进程中 25 umask(077); 26 for (const auto& ei : envvars_) { 27 add_environment(ei.name.c_str(), ei.value.c_str()); 28 } 29 for (const auto& si : sockets_) { 30 int socket_type = ((si.type == "stream" ? SOCK_STREAM : 31 (si.type == "dgram" ? SOCK_DGRAM : 32 SOCK_SEQPACKET))); 33 const char* socketcon = 34 !si.socketcon.empty() ? si.socketcon.c_str() : scon.c_str(); 35 36 int s = create_socket(si.name.c_str(), socket_type, si.perm, 37 si.uid, si.gid, socketcon); 38 if (s >= 0) { 39 PublishSocket(si.name, s); 40 } 41 } 42... 43 //2.通过execve执行程序 44 if (execve(args_[0].c_str(), (char**) &strs[0], (char**) ENV) < 0) { 45 ERROR("cannot execve('%s'): %s\n", args_[0].c_str(), strerror(errno)); 46 } 47 48 _exit(127); 49 } 50... 51 return true; 52}
通过注释1和2的代码，我们得知在Start方法中调用fork函数来创建子进程，并在子进程中调用execve执行system/bin/app_process，这样就会进入framework/cmds/app_process/app_main.cpp的main函数，如下所示。 frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
1int main(int argc, char* const argv[]) 2{ 3 ... 4 if (zygote) { 5 runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);//1 6 } else if (className) { 7 runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote); 8 } else { 9 fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n"); 10 app_usage(); 11 LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied."); 12 return 10; 13 } 14}
从注释1处的代码可以得知调用runtime(AppRuntime)的start来启动zygote。
7.属性服务
Windows平台上有一个注册表管理器，注册表的内容采用键值对的形式来记录用户、软件的一些使用信息。即使系统或者软件重启，它还是能够根据之前在注册表中的记录，进行相应的初始化工作。Android也提供了一个类似的机制，叫做属性服务。 在本文的开始，我们提到在init.cpp代码中和属性服务相关的代码有： system/core/init/init.cpp
1 property_init(); 2 start_property_service();
这两句代码用来初始化属性服务配置并启动属性服务。首先我们来学习服务配置的初始化和启动。
属性服务初始化与启动
property_init函数具体实现的代码如下所示。 system/core/init/property_service.cpp
1void property_init() { 2 if (__system_property_area_init()) { 3 ERROR("Failed to initialize property area\n"); 4 exit(1); 5 } 6}
__system_property_area_init函数用来初始化属性内存区域。接下来查看start_property_service函数的具体代码：
1void start_property_service() { 2 property_set_fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK, 3 0666, 0, 0, NULL);//1 4 if (property_set_fd == -1) { 5 ERROR("start_property_service socket creation failed: %s\n", strerror(errno)); 6 exit(1); 7 } 8 listen(property_set_fd, 8);//2 9 register_epoll_handler(property_set_fd, handle_property_set_fd);//3 10}
注释1处用来创建非阻塞的socket。注释2处调用listen函数对property_set_fd进行监听，这样创建的socket就成为了server，也就是属性服务；listen函数的第二个参数设置8意味着属性服务最多可以同时为8个试图设置属性的用户提供服务。注释3处的代码将property_set_fd放入了epoll句柄中，用epoll来监听property_set_fd：当property_set_fd中有数据到来时，init进程将用handle_property_set_fd函数进行处理。 在linux新的内核中，epoll用来替换select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为内核中的select实现是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。
** 属性服务处理请求** 从上文我们得知，属性服务接收到客户端的请求时，会调用handle_property_set_fd函数进行处理： system/core/init/property_service.cpp
1static void handle_property_set_fd() 2{ 3... 4 5 if(memcmp(msg.name,"ctl.",4) == 0) { 6 close(s); 7 if (check_control_mac_perms(msg.value, source_ctx, &cr)) { 8 handle_control_message((char*) msg.name + 4, (char*) msg.value); 9 } else { 10 ERROR("sys_prop: Unable to %s service ctl [%s] uid:%d gid:%d pid:%d\n", 11 msg.name + 4, msg.value, cr.uid, cr.gid, cr.pid); 12 } 13 } else { 14 //检查客户端进程权限 15 if (check_mac_perms(msg.name, source_ctx, &cr)) {//1 16 property_set((char*) msg.name, (char*) msg.value);//2 17 } else { 18 ERROR("sys_prop: permission denied uid:%d name:%s\n", 19 cr.uid, msg.name); 20 } 21 close(s); 22 } 23 freecon(source_ctx); 24 break; 25 default: 26 close(s); 27 break; 28 } 29}
注释1处的代码用来检查客户端进程权限，在注释2处则调用property_set函数对属性进行修改，代码如下所示。
1int property_set(const char* name, const char* value) { 2 int rc = property_set_impl(name, value); 3 if (rc == -1) { 4 ERROR("property_set(\"%s\", \"%s\") failed\n", name, value); 5 } 6 return rc; 7}
property_set函数主要调用了property_set_impl函数：
1static int property_set_impl(const char* name, const char* value) { 2 size_t namelen = strlen(name); 3 size_t valuelen = strlen(value); 4 if (!is_legal_property_name(name, namelen)) return -1; 5 if (valuelen >= PROP_VALUE_MAX) return -1; 6 if (strcmp("selinux.reload_policy", name) == 0 && strcmp("1", value) == 0) { 7 if (selinux_reload_policy() != 0) { 8 ERROR("Failed to reload policy\n"); 9 } 10 } else if (strcmp("selinux.restorecon_recursive", name) == 0 && valuelen > 0) { 11 if (restorecon_recursive(value) != 0) { 12 ERROR("Failed to restorecon_recursive %s\n", value); 13 } 14 } 15 //从属性存储空间查找该属性 16 prop_info* pi = (prop_info*) __system_property_find(name); 17 //如果属性存在 18 if(pi != 0) { 19 //如果属性以"ro."开头，则表示是只读，不能修改，直接返回 20 if(!strncmp(name, "ro.", 3)) return -1; 21 //更新属性值 22 __system_property_update(pi, value, valuelen); 23 } else { 24 //如果属性不存在则添加该属性 25 int rc = __system_property_add(name, namelen, value, valuelen); 26 if (rc < 0) { 27 return rc; 28 } 29 } 30 /* If name starts with "net." treat as a DNS property. */ 31 if (strncmp("net.", name, strlen("net.")) == 0) { 32 if (strcmp("net.change", name) == 0) { 33 return 0; 34 } 35 //以net.开头的属性名称更新后，需要将属性名称写入net.change中 36 property_set("net.change", name); 37 } else if (persistent_properties_loaded && 38 strncmp("persist.", name, strlen("persist.")) == 0) { 39 /* 40 * Don't write properties to disk until after we have read all default properties 41 * to prevent them from being overwritten by default values. 42 */ 43 write_persistent_property(name, value); 44 } 45 property_changed(name, value); 46 return 0; 47}
property_set_impl函数主要用来对属性进行修改，并对以ro、net和persist开头的属性进行相应的处理。到这里，属性服务处理请求的源码就讲到这。
8.init进程总结
讲到这，总结起来init进程主要做了三件事： 1.创建一些文件夹并挂载设备 2.初始化和启动属性服务 3.解析init.rc配置文件并启动zygote进程
参考资料： 《深入理解Android系统》 《深入理解Android卷I》 Android的init过程详解（一） Android启动过程深入解析 Android7.0解析Init.rc文件 Android 7.0 init.rc的一点改变 Android7.0 init进程源码分析 Android情景分析之属性服务