Android4.4的init进程

1背景

前些日子需要在科室内做关于Android系统启动流程的培训。为此，我在几年前的技术手记的基础上，重新改了一份培训文档。在重新整理文档期间，我也重读了一下Android 4.4的相关代码，发现还有一些东西是我以前一直没重视过的，所以打算写下来总结一二。

我以前之所以没有把关于Android系统启动方面的手记整理成博文，主要是因为网上已经有许多类似的文章了，再说一遍好像也没什么意思。但这次的培训既然已迫使我重整了一份文档，那么倒也不妨贴出来供大家参考。文中的某些细节是我最近新补充的内容，这样或许能和网上其他文章有所区别吧。

2概述init进程

我们先概述一下Android的init进程。init是Linux系统中，用户空间的第一个进程。它负责创建系统中最关键的几个子进程，尤其是zygote。另外，init还提供了property service（属性服务），类似于windows系统的注册表服务。有关属性服务的细节，大家可参考我写的《Android Property机制》一文，本文就不多说了。

在Android系统中，会有个init.rc脚本。Init进程一启动就会读取并解析这个脚本文件，把其中的元素整理成自己的数据结构（链表）。具体情况可参考systemcoreinitinit.c文件，它的main()函数会先调用init_parse_config_file(“/init.rc”)来解析init.rc脚本，分析出应该执行的语义，并且把脚本中描述的action和service信息分别组织成双向链表，然后执行之。示意图如下：

3解析init.rc脚本

3.1介绍init.rc脚本

Init.rc脚本使用的是一种初始化语言，其中包含了4类声明：
1）Action
2）Command
3）Service
4）Option
该语言规定，Action和Service是以一种“小节”（Section）的形式出现的，其中每个Action小节可以含有若干Command，而每个Service小节可以含有若干Option。小节只有起始标记，却没有明确的结束标记，也就是说，是用“后一个小节”的起始来结束“前一个小节”的。

脚本中的Action大体上表示一个“行动”，它用一系列Command共同完成该“行动”。Action需要有一个触发器（trigger）来触发它，一旦满足了触发条件，这个Action就会被加到执行队列的末尾。Action的形式如下：

on  <trigger>
    <command1>
    <command2>
    ......

?

Service表示一个服务程序，会在初始化时启动。因为init.rc脚本中描述的服务往往都是核心服务，所以（基本上所有的）服务会在退出时自动重启。Service的形式如下：

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

?

Init.rc中的Service截选如下：

service servicemanager /system/bin/servicemanager
    class core
    user system
    group system
    critical
    onrestart restart healthd
    onrestart restart zygote
    onrestart restart media
    onrestart restart surfaceflinger
    onrestart restart drm

service vold /system/bin/vold
    class core
    socket vold stream 0660 root mount
    ioprio be 2

service netd /system/bin/netd
    class main
    socket netd stream 0660 root system
    socket dnsproxyd stream 0660 root inet
    socket mdns stream 0660 root system

请大家留心service里的class选项，比如上面的class core和class main。它表示该service是属于哪种类型的服务。在后文的阐述boot子阶段时，会用到这个概念。

其实，除了Action和Service，Init.rc中还有一种小节，就是Import小节。该小节表达的意思有点儿像java中的import，也就是说，Init.rc中还可以导入其他.rc脚本文件的内容。在早期的Android中，好像并不支持import语句，不过至少从Android4.0开始，添加了import语句。至于import最早出现在哪个版本，我没有考证过。import句子截选如下：

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

?

3.2解析

在init进程的main()函数里，会调用init_parse_config_file("/init.rc")一句来解析init.rc脚本。init_parse_config_file()的代码如下：
【system/core/init/Init_parser.c】

int init_parse_config_file(const char *fn)
{
    char *data;
    data = read_file(fn, 0);
    if (!data) return -1;

    parse_config(fn, data);
    DUMP();
    return 0;
}

?

先用read_file()把脚本内容读入一块内存，而后调用parse_config()解析这块内存。

parse_config()的代码截选如下：

static void parse_config(const char *fn, char *s)
{
    . . . . . .
    for (;;) {
        switch (next_token(&state)) {
        . . . . . .
        case T_NEWLINE:   // 遇到折行
<span style="white-space:pre">        </span>    state.line++;
            if (nargs) {
<span style="white-space:pre">            </span>    int kw = lookup_keyword(args[0]);
                if (kw_is(kw, SECTION)) {
                    state.parse_line(&state, 0, 0);  // 不同section的parse_line也不同噢
                    parse_new_section(&state, kw, nargs, args);
                } else {
                    state.parse_line(&state, nargs, args);
                }
                nargs = 0;
            }
            break;
            . . . . . .
    . . . . . .
}

 

它在逐行分析init.rc脚本，判断每一行的第一个参数是什么类型的，如果是action或service类型的，就表示要创建一个新的section节点了，此时它会设置一下解析后续行的解析函数，也就是给state->parse_line赋值啦。针对service类型，解析后续行的函数是parse_line_service()，而针对action类型，解析后续行的函数则是parse_line_action()。

这么看来，parse_config()里有3个地方值得我们注意：

• lookup_keyword()和kw_is()
• parse_new_section()
• state.parse_line()

3.2.1查询脚本关键字

我们先介绍关于关键字查找方面的知识，在这里主要看lookup_keyword()和kw_is()。

lookup_keyword()的定义截选如下：
【system/core/init/Init_parser.c】

int lookup_keyword(const char *s)
{
    switch (*s++) {
    case 'c':
    if (!strcmp(s, "opy")) return K_copy;
        if (!strcmp(s, "apability")) return K_capability;
        if (!strcmp(s, "hdir")) return K_chdir;
        if (!strcmp(s, "hroot")) return K_chroot;
        if (!strcmp(s, "lass")) return K_class;
        if (!strcmp(s, "lass_start")) return K_class_start;
        if (!strcmp(s, "lass_stop")) return K_class_stop;
        if (!strcmp(s, "lass_reset")) return K_class_reset;
        if (!strcmp(s, "onsole")) return K_console;
        if (!strcmp(s, "hown")) return K_chown;
        if (!strcmp(s, "hmod")) return K_chmod;
        if (!strcmp(s, "ritical")) return K_critical;
        break;
    case 'd':
        if (!strcmp(s, "isabled")) return K_disabled;
        if (!strcmp(s, "omainname")) return K_domainname;
        break;
    . . . . . .
    . . . . . .

?

kw_is()宏的定义如下：

#define kw_is(kw, type) (keyword_info[kw].flags & (type))

基本上是查表的过程，而lookup_keyword()返回的那些K_copy、K_capability值，其实就是表项的索引号。这张关键字表的技术细节如下。

在init_parser.c文件中有下面这样的代码：

【system/core/init/Init_parser.c】

#include "keywords.h"

#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func)
    [ K_##symbol ] = { #symbol, func, nargs + 1, flags, },

struct {
    const char *name;
    int (*func)(int nargs, char **args);
    unsigned char nargs;
    unsigned char flags;
} keyword_info[KEYWORD_COUNT] = {
    [ K_UNKNOWN ] = { "unknown", 0, 0, 0 },
#include "keywords.h"
};
#undef KEYWORD

这里用到了一点儿小技巧，两次include了keywords.h头文件，其实keywords.h中会先定义一次KEYWORD宏，其主要目的是为了形成一个顺序排列的enum，而后就#undef KEYWORD了。接着上面代码中再次定义了KEYWORD宏，这次的主要目的是为了形成一个struct数组，即keyword_info数组。

 keywords.h的部分截选如下：
【system/core/init/Keywords.h】

#ifndef KEYWORD
int do_chroot(int nargs, char **args);
int do_chdir(int nargs, char **args);
int do_class_start(int nargs, char **args);
. . . . . .
. . . . . .
#define __MAKE_KEYWORD_ENUM__
#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func) K_##symbol,
enum {
    K_UNKNOWN,
#endif
    KEYWORD(capability,  OPTION,  0, 0)
    KEYWORD(chdir,       COMMAND, 1, do_chdir)
    KEYWORD(chroot,      COMMAND, 1, do_chroot)
    KEYWORD(class,       OPTION,  0, 0)
    . . . . . .
    . . . . . .
#ifdef __MAKE_KEYWORD_ENUM__
    KEYWORD_COUNT,
};
#undef __MAKE_KEYWORD_ENUM__
#undef KEYWORD
#endif

其中的#define KEYWORD是第一次定义KEYWORD，我们比对一下这两次定义：

// 第一次
#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func) K_##symbol,
// 第二次
#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func)
    [ K_##symbol ] = { #symbol, func, nargs + 1, flags, },

 总之，最后形成了如下数组：

表中只有3个表项的flag是SECTION，表示这是个小节，我用黄色框表示。

3.2.2解析section小节

一旦分析出某句脚本是以on或者service或者import开始，就说明一个新的小节要开始了。此时，会调用到parse_new_section()，该函数的代码如下：

void parse_new_section(struct parse_state *state, int kw, int nargs, char **args)
{
    printf("[ %s %s ]
", args[0],
           nargs > 1 ? args[1] : "");
    switch(kw) {
    case K_service:
        state->context = parse_service(state, nargs, args);
        if (state->context) {
            state->parse_line = parse_line_service;
            return;
        }
        break;
    case K_on:
        state->context = parse_action(state, nargs, args);
        if (state->context) {
            state->parse_line = parse_line_action;
            return;
        }
        break;
    case K_import:
        parse_import(state, nargs, args);
        break;
    }
    state->parse_line = parse_line_no_op;
}

?

很明显，解析的小节就是那三类：action小节（以on开头的），service小节和import小节。最核心的部分当然是service小节和action小节，具体解析的地方在上面代码中的parse_service()和parse_action()函数里。至于import小节，parse_import()函数只是把脚本中的所有import语句先汇总成一个链表，记入state结构中，待回到parse_config()后再做处理。

3.2.2.1解析service小节

parse_service()的代码如下： 

【system/core/init/Init_parser.c】 

static void *parse_service(struct parse_state *state, int nargs, char **args)
{
    struct service *svc;
    . . . . . .
    svc = service_find_by_name(args[1]);
    if (svc) {
        parse_error(state, "ignored duplicate definition of service '%s'
", args[1]);
        return 0;
    }

    nargs -= 2;
    svc = calloc(1, sizeof(*svc) + sizeof(char*) * nargs);
    if (!svc) {
        parse_error(state, "out of memory
");
        return 0;
    }
    svc->name = args[1];
    svc->classname = "default";
    memcpy(svc->args, args + 2, sizeof(char*) * nargs);
    svc->args[nargs] = 0;
    svc->nargs = nargs;
    svc->onrestart.name = "onrestart";
    list_init(&svc->onrestart.commands);
    list_add_tail(&service_list, &svc->slist);
    return svc;
}

?

解析service段时，会用calloc()申请一个service节点，填入service名等信息，并连入service_list总表中。注意，此时该service节点的onrestart.commands部分还是个空链表，因为我们还没有分析该service的后续脚本行呢。

parse_new_section()中为service明确指定了解析后续行的函数parse_line_service()。该函数的代码截选如下： 

static void parse_line_service(struct parse_state *state, int nargs, char **args)
{
    struct service *svc = state->context;
    struct command *cmd;
    . . . . . .
    kw = lookup_keyword(args[0]);   // 解析具体的service option也是要查关键字表的
    switch (kw) {
    case K_capability:
        break;
    case K_class:
        if (nargs != 2) {
            parse_error(state, "class option requires a classname
");
        } else {
            svc->classname = args[1];
        }
        break;
    case K_console:
        svc->flags |= SVC_CONSOLE;
        break;
case K_disabled:
. . . . . .
. . . . . .

 

service的各个option会影响service节点的不同域，比如flags域、classname域、onrestart域等等。比较麻烦的是onrestart域，因为它本身又是个action节点，可携带若干个子command。

下面是service中常见的option：
1)K_capability
2)K_class
3)K_console
4)K_disabled
5)K_ioprio
6)K_group
7)K_user
8)K_keycodes
9)K_oneshot
10)K_onrestart
11)K_critical
12)K_setenv
13)K_socket
14)K_seclabel

在service小节解析完毕后，我们应该能得到类似下图这样的service节点：

3.2.2.2解析action小节

另一方面，解析action小节时的动作也很简单，会用calloc()申请一个action节点，填入action名等信息，然后连入action_list总表中。当然，此时action的commands部分也是空的。

static void *parse_action(struct parse_state *state, int nargs, char **args)
{
struct action *act;
    . . . . . .
    act = calloc(1, sizeof(*act));
    act->name = args[1];
    list_init(&act->commands);
    list_init(&act->qlist);
    list_add_tail(&action_list, &act->alist);
    return act;
}

?

对于action小节而言，我们指定了不同的解析后续行的函数，也就是parse_line_action()。该函数的代码截选如下：

static void parse_line_action(struct parse_state* state, int nargs, char **args)
{
    struct command *cmd;
    struct action *act = state->context;
    . . . . . .
    kw = lookup_keyword(args[0]);   // 解析具体的action command也是要查关键字表的
    if (!kw_is(kw, COMMAND)) {
        parse_error(state, "invalid command '%s'
", args[0]);
        return;
    }

    n = kw_nargs(kw);
    if (nargs < n) {
        parse_error(state, "%s requires %d %s
", args[0], n - 1,
            n > 2 ? "arguments" : "argument");
        return;
    }
    cmd = malloc(sizeof(*cmd) + sizeof(char*) * nargs);
    cmd->func = kw_func(kw);
    cmd->nargs = nargs;
    memcpy(cmd->args, args, sizeof(char*) * nargs);
    list_add_tail(&act->commands, &cmd->clist);
}

?

既然action的后续行可以包含多条command，那么parse_line_action()就必须先确定出当前分析的是什么command，这一点和parse_line_service()是一致的，都是通过调用lookup_keyword()来查询关键字的。另外，command子行的所有参数其实已被记入传进来的args参数，现在这些参数会记入command节点的args域中，而且这个command节点会链入action节点的commands链表尾部。

在action小节解析完毕后，我们应该能得到类似下图这样的action节点：

3.2.3主要形成两个双向链表

我们画了一张关于parse_config()的调用关系图，如下：

init_parse_config_file()函数会将Init.rc脚本解析成两个双向链表，对应的表头分别是service_list和action_list。双向链表示意图如下：

3.3具体执行那些action

经过解析一步，init.rc脚本中的actions被整理成双向链表了，但是这些action并没有被实际执行。现在我们就来看下一步具体执行action的流程。 

在init进程的main()函数中，我们可以看到如下句子：

int main(int argc, char **argv)
{
    . . . . . .
    . . . . . .
    init_parse_config_file("/init.rc");  // 内部将脚本内容转换成action链表了

    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);
    . . . . . .
    . . . . . .
}

?

首先，init_parse_config_file()已经把init.rc脚本里的内容转换成action链表了，接着代码运行到action_for_each_trigger(“early-init”...)一句，这一句会把action_list列表中匹配的action节点，连入action_queue队列。

3.3.1整理action_queue队列

init进程希望把系统初始化过程分割成若干“子阶段”，action_for_each_trigger()的意思就是“触发某个子阶段里的所有action”。在早期的Android中，大概就只有4、5个子阶段，现在随着Android的不断升级，子阶段也变得越来越多了。

action_for_each_trigger()的代码如下：

void action_for_each_trigger(const char *trigger,
                             void (*func)(struct action *act))
{
    struct listnode *node;
    struct action *act;
    list_for_each(node, &action_list) {
        act = node_to_item(node, struct action, alist);
        if (!strcmp(act->name, trigger)) {
            func(act);  // 只要匹配，就回调func
        }
    }
}

?

可以看到是在遍历action_list链表，找寻所有“action名”和“参数trigger”匹配的节点，并回调“参数func所指的回调函数”。在前面的代码中，回调函数就是action_add_queue_tail()。

void action_add_queue_tail(struct action *act)
{
    if (list_empty(&act->qlist)) {
        list_add_tail(&action_queue, &act->qlist);
    }
}

?

嗯，这里又出现了个action_queue队列！它和action_list列表有什么关系？

其实很简单，action_list可以被理解成一个来自init.rc的“草稿列表”，列表中的节点顺序基本上和init.rc脚本里编写section时的顺序一致，而这个顺序不一定就是合适的“运行顺序”，所以我们需要另一个按我们的要求依次串接的队列，那就是action_queue队列。另外，有些新的action并没有体现在init.rc脚本里，而是写在具体代码里的，这些action可以被称为“内建action”，我们可以通过调用queue_builtin_action()将“内建action”添加进action_list列表和action_queue队列中。

queue_builtin_action()的代码如下：

void queue_builtin_action(int (*func)(int nargs, char **args), char *name)
{
    struct action *act;
    struct command *cmd;

    act = calloc(1, sizeof(*act));
    act->name = name;
    list_init(&act->commands);
    list_init(&act->qlist);

    cmd = calloc(1, sizeof(*cmd));
    cmd->func = func;
    cmd->args[0] = name;
    list_add_tail(&act->commands, &cmd->clist);

    list_add_tail(&action_list, &act->alist);
    action_add_queue_tail(act);
}

?

init进程里主要分割的“子阶段”如下图所示：

桔色方框表示的子阶段，是比较重要的阶段。

3.3.1.1early-init子阶段

我们先看early-init子阶段，这部分在init.rc里是这样表达的：

on early-init
    # Set init and its forked children's oom_adj.
    write /proc/1/oom_adj -16

    # Set the security context for the init process.
    # This should occur before anything else (e.g. ueventd) is started.
    setcon u:r:init:s0
    start ueventd
    # create mountpoints
    mkdir /mnt 0775 root system

这个action包含4条command，分别是write、setcon、start和mkdir。不同command对应的func回调函数也是不同的，具体对应什么，可以查看Keywords.h。
【system/core/init/Keywords.h】

KEYWORD(service,     SECTION, 0, 0)
KEYWORD(setcon,      COMMAND, 1, do_setcon)
KEYWORD(setenforce,  COMMAND, 1, do_setenforce)
KEYWORD(setenv,      OPTION,  2, 0)
KEYWORD(setkey,      COMMAND, 0, do_setkey)
KEYWORD(setprop,     COMMAND, 2, do_setprop)
KEYWORD(setrlimit,   COMMAND, 3, do_setrlimit)
KEYWORD(setsebool,   COMMAND, 2, do_setsebool)
KEYWORD(socket,      OPTION,  0, 0)
KEYWORD(start,       COMMAND, 1, do_start)
KEYWORD(stop,        COMMAND, 1, do_stop)
KEYWORD(swapon_all,  COMMAND, 1, do_swapon_all)
KEYWORD(trigger,     COMMAND, 1, do_trigger)
KEYWORD(symlink,     COMMAND, 1, do_symlink)
KEYWORD(sysclktz,    COMMAND, 1, do_sysclktz)
KEYWORD(user,        OPTION,  0, 0)
KEYWORD(wait,        COMMAND, 1, do_wait)
KEYWORD(write,       COMMAND, 2, do_write)
KEYWORD(copy,        COMMAND, 2, do_copy)
KEYWORD(chown,       COMMAND, 2, do_chown)
KEYWORD(chmod,       COMMAND, 2, do_chmod)

比如说start命令对应的回调函数就是do_start()：

int do_start(int nargs, char **args)
{
    struct service *svc;
    svc = service_find_by_name(args[1]);
    if (svc) {
        service_start(svc, NULL);
    }
    return 0;
}

启动所指定的service。

3.3.1.2boot子阶段

boot部分在init.rc里是这样表达的：

on boot
    ifup lo
    hostname localhost
    domainname localdomain
    setrlimit 13 40 40
    . . . . . .
    write /proc/sys/vm/overcommit_memory 1
    write /proc/sys/vm/min_free_order_shift 4
    chown root system /sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj
    chmod 0664 /sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj
    . . . . . .
    . . . . . .
    setprop net.tcp.buffersize.default 4096,87380,110208,4096,16384,110208
    setprop net.tcp.buffersize.wifi
                               524288,1048576,2097152,262144,524288,1048576
    . . . . . .
    setprop net.tcp.default_init_rwnd 60
    class_start core
    class_start main

请注意最后的两句，表示boot动作的最后，会自动先启动所有类型为“core”的服务，而后再启动所有类型为“main”的服务。我们在前文阐述init.rc脚本中的service写法时，特别让大家留意service的class选项，比如class core和class main，现在要用到这个概念了。

class_start命令对应的回调函数是do_class_start()，该函数的代码如下：
【system/core/init/Builtins.c】

int do_class_start(int nargs, char **args)
{
    service_for_each_class(args[1], service_start_if_not_disabled);
    return 0;
}

void service_for_each_class(const char *classname,
                            void (*func)(struct service *svc))
{
    struct listnode *node;
    struct service *svc;
    list_for_each(node, &service_list) {
        svc = node_to_item(node, struct service, slist);
        if (!strcmp(svc->classname, classname)) {
            func(svc);    // 回调service_start_if_not_disabled()
        }
    }
}

其回调的func，就是service_start_if_not_disabled()，代码如下：

static void service_start_if_not_disabled(struct service *svc)
{
    if (!(svc->flags & SVC_DISABLED)) {
        service_start(svc, NULL);
    }
}

代码很简单，service_for_each_class()会遍历service_list链表，找到所有和classname匹配的service节点，如果这个节点没有被disabled的话，那么就启动其对应的服务。 

 

boot子阶段先启动的“core”类型的服务有：

core类型的服务	对应的可执行文件	说明
ueventd	/sbin/ueventd
healthd	/sbin/healthd
console	/system/bin/sh
adbd	/sbin/adbd
servicemanager	/system/bin/servicemanager	大名鼎鼎的service manager service服务，Android的核心之一。
vold	/system/bin/vold

而后，boot子阶段启动的“main”类型的服务有：

main类型的服务	对应的可执行文件	说明
netd	/system/bin/netd
debuggerd	/system/bin/debuggerd
ril-daemon	/system/bin/rild
surfaceflinger	/system/bin/surfaceflinger
zygote	/system/bin/app_process	Android创建内部创建新进程的核心服务。
drm	/system/bin/drmserver
media	/system/bin/mediaserver
bootanim	/system/bin/bootanimation
installd	/system/bin/installd
flash_recovery	/system/etc/install-recovery.sh
racoon	/system/bin/racoon
mtpd	/system/bin/mtpd
keystore	/system/bin/keystore
dumpstate	/system/bin/dumpstate
sshd	/system/bin/start-ssh
mdnsd	/system/bin/mdnsd

3.3.2for循环中执行action_queue队列

现在我们继续看，动作在编排进action_queue队列之后，又是如何执行的呢？我们知道，init进程最终会进入一个for(;;)循环，在这个循环中，每次都会尝试执行一个command：

int main(int argc, char **argv)
{
    . . . . . .
. . . . . .
    // 这个for循环非常重要哦！
    for(;;) {
        int nr, i, timeout = -1;
        execute_one_command();
        restart_processes();
    . . . . . .
}

其中调用的execute_one_command()的代码如下：

void execute_one_command(void)
{
    int ret;
    if (!cur_action || !cur_command || is_last_command(cur_action, cur_command))
    {
        cur_action = action_remove_queue_head();
        cur_command = NULL;
        if (!cur_action)
            return;
        INFO("processing action %p (%s)
", cur_action, cur_action->name);
        cur_command = get_first_command(cur_action);
    } else {
        cur_command = get_next_command(cur_action, cur_command);
    }

    if (!cur_command)
        return;

    ret = cur_command->func(cur_command->nargs, cur_command->args);
    INFO("command '%s' r=%d
", cur_command->args[0], ret);
}

?

它的意思是说，执行“当前action”（cur_action）的“当前command”（cur_command）。如果执行时没有“当前action”，就尝试从action_queue队列的头部摘取一个节点。如果执行时没有“当前command”，就从“当前action”中获取下一个该执行的command。而一旦得到了该执行的command，就回调其func函数指针。

在那几个core类型的service中，有一个非常重要的service，叫做zygote，它是android内部创建新进程的核心服务，但本文就不对它细说了。

4补充说明几个运作机理知识

下面我们补充说明几个init进程里的运作机理。

4.1service是如何重启的？

关于service的重启方法，其实用到了linux的一点儿信号机制。在init进程的main()函数中，除了“early-init”、“init”等子阶段外，还有个子阶段叫作“signal_init”：

queue_builtin_action(signal_init_action, "signal_init");

当init进程执行到这个子阶段时，会执行signal_init_action()回调函数：

【system/core/init/Init.c】

static int signal_init_action(int nargs, char **args)
{
    signal_init();
    return 0;
}

void signal_init(void)
{
    int s[2];

    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_handler = sigchld_handler;
    act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP;
    sigaction(SIGCHLD, &act, 0);   // 向系统注册一个系统回调

    /* create a signalling mechanism for the sigchld handler */
    if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, s) == 0) {
        signal_fd = s[0];       // 以后回调函数会向这个fd写数据
        signal_recv_fd = s[1];
        fcntl(s[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC);
        fcntl(s[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
        fcntl(s[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC);
        fcntl(s[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);
    }

    handle_signal();
}

请注意，signal_init()中调用了sigaction(SIGCHLD,...)一句。在linux系统中，当一个进程终止或者停止时，系统会向其父进程发送SIGCHLD信号。sigaction()动作可以被理解为向系统注册一个系统回调函数。在本例中，每当有子进程终止时，系统就会回调sigchld_handler()回调函数，该函数的代码如下：

【system/core/init/Signal_handler.c】

static void sigchld_handler(int s)
{
    write(signal_fd, &s, 1);
}

看到了吗？无非是向signal_init()中创建的“socket对”里的signal_fd写数据，于是“socket对”的另一个句柄signal_recv_fd就可以得到所写的数据。

在init进程的main()函数中，最终进入那个无限for循环，监听系统的风吹草动，其中就包括监听这个signal_recv_fd：

int main(int argc, char **argv)
{
    . . . . . .
    . . . . . .
    for(;;) {
        . . . . . .
        if (!signal_fd_init && get_signal_fd() > 0) {
            ufds[fd_count].fd = get_signal_fd();  // 就是signal_recv_fd ！
            ufds[fd_count].events = POLLIN;
            ufds[fd_count].revents = 0;
            fd_count++;
            signal_fd_init = 1;
        }
        . . . . . .
        . . . . . .
        nr = poll(ufds, fd_count, timeout);
        . . . . . .
        for (i = 0; i < fd_count; i++) {
            if (ufds[i].revents == POLLIN) {
                if (ufds[i].fd == get_property_set_fd())
                    handle_property_set_fd();  // 处理设置属性的命令
                else if (ufds[i].fd == get_keychord_fd())
                    handle_keychord();     // 处理类似混合按键的命令，类似同时按
                                             // 钢琴上的若干键
                else if (ufds[i].fd == get_signal_fd())
                    handle_signal();       // 处理因子进程挂掉而发来的信号
            }
        }
    }
    . . . . . .
}

当监听到signal_recv_fd有动静时，会调用handle_signal()来处理：

void handle_signal(void)
{
    char tmp[32];

    /* we got a SIGCHLD - reap and restart as needed */
    read(signal_recv_fd, tmp, sizeof(tmp));
    while (!wait_for_one_process(0))
        ;
}

wait_for_one_process()的代码截选如下：

static int wait_for_one_process(int block)
{
    . . . . . .
    while ( (pid = waitpid(-1, &status, block ? 0 : WNOHANG)) == -1
          && errno == EINTR );
    . . . . . .
    svc = service_find_by_pid(pid);   // 查询出是哪个service进程挂掉了
    . . . . . .

    svc->pid = 0;
    svc->flags &= (~SVC_RUNNING);

    if ((svc->flags & SVC_ONESHOT) && !(svc->flags & SVC_RESTART)) {
        svc->flags |= SVC_DISABLED;
    }
    if (svc->flags & (SVC_DISABLED | SVC_RESET) )  {
        notify_service_state(svc->name, "stopped");
        return 0;
    }
    . . . . . .

    svc->flags &= (~SVC_RESTART);
    svc->flags |= SVC_RESTARTING;

    /* Execute all onrestart commands for this service. */
    list_for_each(node, &svc->onrestart.commands) {
        cmd = node_to_item(node, struct command, clist);
        cmd->func(cmd->nargs, cmd->args);
    }
    notify_service_state(svc->name, "restarting");
    return 0;
}

该函数的代码比较清晰，当init进程被通知某个子进程终止时，它会尝试找到这个子进程对应的service节点，并辗转给该节点的flags域添加SVC_RESTARTING标记，然后又会马上执行这个service节点中所有onrestart选项对应的动作。

代码中处理SVC_ONESHOT的地方多判断了SVC_RESTART标志，这是为什么呢？我想理由是这样的：SVC_ONESHOT表达的意思是“只打一枪”，也就是说以它装饰的service进程，就算挂掉了，也不会重新启动。然而必须兼顾到其他进程restart的情况。假如有另一个进程会连锁restart该service，此时就算该service有SVC_ONESHOT标志，它还是应该再次启动的。

svc节点的onrestart域本身就是个action类型的域：

struct action onrestart;

现在开始遍历onrestart域里的commands列表：

list_for_each(node, &svc->onrestart.commands) {
    cmd = node_to_item(node, struct command, clist);
    cmd->func(cmd->nargs, cmd->args);
}

看来，service的那些onrestart子句是一次性完成的。我们以前文说的zygote服务为例，当它重启时，会执行两次do_write()以及两次do_start()，分别启动media服务和netd服务。

最后，wait_for_one_process()还会调用一下notify_service_state()。毕竟这是因为某个service挂掉了，才会再走到这里的，现在我们马上就要重新启动那个刚死的service啦，所以最好还是做一些必要的“通知动作”。请注意，这种关于重启service的“通知”并不是简单发个事件什么的，而是设置某个相应的系统属性。具体的动作请看notify_service_state()的代码：

void notify_service_state(const char *name, const char *state)
{
    char pname[PROP_NAME_MAX];
    int len = strlen(name);
    if ((len + 10) > PROP_NAME_MAX)
        return;
    snprintf(pname, sizeof(pname), "init.svc.%s", name);
    property_set(pname, state);
}

看到了吗？会设置一个以“init.svc.”打头的系统属性。比如重启zygote服务，此时就会把“init.svc.zygote”属性值设为“SVC_RESTARTING”。

大家有没有注意到，wait_for_one_process()里根本没有fork动作。这也就是说，wait_for_one_process()中并不会立即重启新的service进程。大家都知道现在我们正处于init进程的无限for循环中，所以程序从wait_for_one_process()返回后，总会再次走到for循环中的restart_processes()：

int main(int argc, char **argv)
{
    . . . . .
    for(;;) {
        int nr, i, timeout = -1;
        execute_one_command();
        restart_processes();

此时才会重启新的进程：

static void restart_processes()
{
    process_needs_restart = 0;
    service_for_each_flags(SVC_RESTARTING,
                           restart_service_if_needed);
}

遍历service_list列表，找出那些flags中携带有SVC_RESTARTING标志的service节点，并执行restart_service_if_needed()。

static void restart_service_if_needed(struct service *svc)
{
    time_t next_start_time = svc->time_started + 5;

    if (next_start_time <= gettime()) {
        svc->flags &= (~SVC_RESTARTING);
        service_start(svc, NULL);
        return;
    }

    if ((next_start_time < process_needs_restart) ||
        (process_needs_restart == 0)) {
        process_needs_restart = next_start_time;
    }
}

注意，为了防止出现service连续紧密重启的情况，next_start_time会赋值为svc->time_started + 5，也就是说，至少得喘息个5毫秒，然后才能进行下一次重启。这就是Android中重启service的具体流程。 

4.2混合按键是如何启动service的？

现在我们顺便说一下用混合按键重启service的技术，这部分内容现在已经很少用到了。至少在我们常见的项目的init.rc脚本里是搜不到“keycodes”关键字的。这个关键字是个option，如果某个service里含有keycodes选项的话，就说明设计者希望在用户按下某种组合键时，init进程能重启这个service。

这种能点击出的组合键，很像同时按下几个钢琴键而发出和旋，因此被称为keychord。在init进程的启动子过程中，“keychord（初始化）子阶段”甚至还要早于“init子阶段”呢。

queue_builtin_action(keychord_init_action, "keychord_init");

其中keychord_init_action()的代码如下：

【system/core/init/Init.c】

static int keychord_init_action(int nargs, char **args)
{
    keychord_init();
    return 0;
}

【system/core/init/Keychords.c】

void keychord_init()
{
    int fd, ret;
    service_for_each(add_service_keycodes);
    if (!keychords)
        return;
    fd = open("/dev/keychord", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        ERROR("could not open /dev/keychord
");
        return;
    }
    fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);

    ret = write(fd, keychords, keychords_length);
    if (ret != keychords_length) {
        ERROR("could not configure /dev/keychord %d (%d)
", ret, errno);
        close(fd);
        fd = -1;
    }
    free(keychords);
    keychords = 0;
    keychord_fd = fd;
}

初始化时，利用service_for_each()，遍历service_list列表，对每个列表节点调用add_service_keycodes()，该函数代码如下：

【system/core/init/Keychords.c】

void add_service_keycodes(struct service *svc)
{
    struct input_keychord *keychord;
    int i, size;

    if (svc->keycodes) {
        /* add a new keychord to the list */
        size = sizeof(*keychord) +
                svc->nkeycodes * sizeof(keychord->keycodes[0]);
        keychords = realloc(keychords, keychords_length + size);
        if (!keychords) {
            ERROR("could not allocate keychords
");
            keychords_length = 0;
            keychords_count = 0;
            return;
        }

        keychord = (struct input_keychord *)
                                       ((char *)keychords + keychords_length);
        keychord->version = KEYCHORD_VERSION;
        keychord->id = keychords_count + 1;
        keychord->count = svc->nkeycodes;
        svc->keychord_id = keychord->id;

        for (i = 0; i < svc->nkeycodes; i++) {
            keychord->keycodes[i] = svc->keycodes[i];
        }
        keychords_count++;
        keychords_length += size;
    }
}

其中用到的keychords是个静态变量： 

static struct input_keychord *keychords = 0;

它实质上指向了一块buffer，该buffer最终会存下所有keychord信息。当我们遍历service_list列表时，一旦发现某个service节点携带有keycodes，就会从这个buffer中划分出一块，并在其中写入从service节点读取到的keycodes信息。因为不同service携带的keycode部分可能不一样，所以每次分出的那块内存的大小也不太一样。不过大体上每一小块记录的都是input_keychord结构，该结构的定义如下：
【kernel/include/linux/Keychord.h】

struct input_keychord {
    __u16 version;
    __u16 id;
    __u16 count;
    __u16 keycodes[];
};

另外，请注意上面代码中的这几句：

keychord->id = keychords_count + 1;
keychord->count = svc->nkeycodes;
svc->keychord_id = keychord->id;

keychord信息里有个唯一的id号，而且这个id号还会回写到service节点的keychord_id域。

经过这次遍历，我们大体上可以画出下面这样的示意图：

在整理好keychords这块buffer后，keychord_init()会把它写入“/dev/keychord”设备文件。

fd = open("/dev/keychord", O_RDWR);
. . . . . .
ret = write(fd, keychords, keychords_length);

这应该是向驱动层通知重要信息了。而且请注意，这个fd文件描述符会被记录下来：

keychord_fd = fd;

记录下fd有什么用呢？很简单，init进程在最后那个for循环里，会监听这个fd，从而感知到从驱动层发来的混合按键，代码如下：

if (!keychord_fd_init && get_keychord_fd() > 0) {
    ufds[fd_count].fd = get_keychord_fd(); // 得到的就是那个keychord文件描述符
    ufds[fd_count].events = POLLIN;
    ufds[fd_count].revents = 0;
    fd_count++;
    keychord_fd_init = 1;
}

一旦监听到有混合按键发生了，就会走到下面的handle_keychord()：

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();   // 处理混合按键
        else if (ufds[i].fd == get_signal_fd())
            handle_signal();
    }
}

【system/core/init/Keychords.c】

void handle_keychord()
{
    struct service *svc;
    char adb_enabled[PROP_VALUE_MAX];
    int ret;
    __u16 id;

    // Only handle keychords if adb is enabled.
    property_get("init.svc.adbd", adb_enabled);
    ret = read(keychord_fd, &id, sizeof(id));
    if (ret != sizeof(id)) {
        ERROR("could not read keychord id
");
        return;
    }

    if (!strcmp(adb_enabled, "running")) {
        svc = service_find_by_keychord(id);
        if (svc) {
            INFO("starting service %s from keychord
", svc->name);
            service_start(svc, NULL);
        } else {
            ERROR("service for keychord %d not found
", id);
        }
    }
}

此时会从/dev/keychord设备文件里读取一个id号，还记得前文说到的“id号会回写到service节点的keychord_id域”吗，现在会再次遍历service_list列表，找到那个keychord_id和读到的id匹配的service节点，然后调用service_start(svc, NULL)启动这个service。

5小结

关于init进程，我们就先说这么多吧。限于篇幅，我们不得不把很多不那么重要的细节省去，有兴趣的同学可以自行深入研究。

转自http://blog.csdn.net/codefly/article/details/48392745