Android系統啟動：init程式與init語言

qiangbo發表於2017-01-28
Android

面向新的一年，我們可能啟動了許多有意義的計劃，在這個有著特殊意義的日子裡，讓我們來一起學習一下Android系統是如何啟動的。

init程式與init.rc

init程式是一切的開始，在Android系統中，所有程式的程式號都是不確定的，唯獨init程式的程式號一定是1。因為這個程式是系統起來的第一個程式。並且，init程式掌控了整個系統的啟動流程。

我們知道，Android可能執行在各種不同的平臺，不同的裝置上。因此，啟動的邏輯是不盡相同的。 為了適應各種平臺和裝置的需求，init程式的初始化工作通過init.rc配置檔案來管理。init.rc以Android Init Language作為語法，下文我們簡稱Android Init Language為init語言。配置檔案的主入口檔案是/init.rc，這個檔案會通過import關鍵字引入其他的配置檔案。在這裡，我們統稱這些檔案為init.rc。

/init.rc可能import以下路徑中的.rc檔案：

  • /init.${ro.hardware}.rc 硬體廠商提供的主配置檔案
  • /system/etc/init/ 核心系統模組的配置檔案
  • /vendor/etc/init/ SoC廠商提供的配置檔案
  • /odm/etc/init/ 裝置製造商提供的配置檔案

init語法說明

init語言，以換行為語句分隔，以空格來為符號分隔，以“#“為註釋開始。配置檔案中支援五種型別的表示式：

  • Action： 包含了一系列的Command
  • Command： init語言中的命令
  • Service： init程式啟動的服務
  • Option： 對於服務的配置選項
  • Import： 引入其他配置檔案

這其中，Action和Service需要保證名稱唯一。

Action與Command

Action表示式的語法如下：

on <trigger> [&& <trigger>]*
   <command>
   <command>
   <command>

這裡的Trigger是Action執行的觸發器，當觸發器條件滿足時，command會被執行。觸發器有兩類：

  1. 事件觸發器： 事件可以由”trigger”命令發出，也可以是init程式通過QueueEventTrigger()函式發出
  2. 屬性觸發器： 當指定的屬性滿足時觸發

一個Action可以有多個屬性觸發器，但是隻能包含一個事件觸發器。下面是一些例子：

  • on boot && property:a=b 在”boot”事件發生時，並且屬性a的值是b時觸發
  • on property:a=b && property:c=d 在屬性a的值是b並且屬性c的值是d時觸發

Action中的Command是init語言定義的命令，所有支援的命令如下表所示：

Command 引數格式 說明
bootchart_init - 啟動bootchart
chmod octal-mode path 改變檔案的訪問許可權
chown owner group path 改變檔案的擁有者和組
class_start serviceclass 啟動指定類別的服務
class_stop serviceclass 停止並disable指定類別的服務
class_reset serviceclass 停止指定類別的服務，但是不disable它們
copy src dst 拷貝檔案
domainname name 設定域名
enable servicename enable一個被disable的服務
exec [seclabel[user[group]]] – command [argument]* fork一個子程式來執行指定的命令
export name value 匯出環境變數
hostname name 設定host名稱
ifup iterface 使網路卡線上
insmod path 安裝指定路徑的模組
load_all_props - 從/system, /vendor等路徑載入屬性
load_persist_props - 載入持久化的屬性
loglevel level 設定核心的日誌級別
mkdir path [mode] [owner] [group] 建立目錄
mount_all fstab [ path ]* [--option] 掛載檔案系統並且匯入指定的.rc檔案
mount type device dir [ flag ]* [options] 掛載一個檔案系統
powerctl - 內部實現使用
restart service 重啟服務
restorecon path [ path ]* 設定檔案的安全上下文
restorecon_recursive path [ path ]* restorecon的遞迴版本
rm path 對於指定路徑呼叫unlink(2)
rmdir path 刪除資料夾
setprop name value 設定屬性值
setrlimit resource cur max 指定資源的rlimit
start service 啟動服務
stop service 停止服務
swapon_all fstab 在指定檔案上呼叫fs_mgr_swapon_all
symlink target path 建立符號連結
sysclktz mins_west_of_gmt 指定系統時鐘基準
trigger event 觸發一個事件
umount path unmount指定的檔案系統
verity_load_state - 內部實現使用
verity_update_state mount_point 內部實現使用
wait path [ timeout ] 等待某個檔案存在直到超時，若存在則直接返回
write path content 寫入內容到指定檔案

Service與Option

Service是init程式啟動的可執行程式。服務可以選擇在自己退出之後，由init將其重啟。

Service表示式的語法如下：

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

Option是對服務的修飾，它們影響著init程式如何以及何時啟動服務。所有支援的option如下表所示：

option 引數格式 說明
critical - 標識為系統關鍵服務，該服務若退出多次將導致系統重啟到recovery模式
disabled - 不會隨著類別自動啟動，必須明確start
setenv name value 為啟動的程式設定環境變數
socket name type perm [user [group [seclabel]]] 建立Unix Domain Socket
user username 在執行服務之前切換使用者
group groupname [ groupname]* 在執行執行之前切換組
seclabel seclabel 在執行服務之前切換seclabel
oneshot - 一次性服務，死亡之後不用重啟
class name 指定服務的類別
onrestart - 當服務重啟時執行指定命令
writepid file… 寫入子程式的pid到指定檔案

Import

import是一個關鍵字，並不是一個命令。可以在.rc檔案中通過這個關鍵字來載入其他的.rc檔案。它的語法很簡單：

import path

path可以是另外一個.rc檔案，也可以是一個資料夾。如果是資料夾，那麼這個資料夾下面的所有檔案都會被匯入，但是它不會迴圈載入子目錄中的檔案。

init.rc程式碼例項

AOSP中包含了Android系統需要的最基本的.rc檔案，它們位於這個路徑：/system/core/rootdir/ 。

我們選取其中了一兩個程式碼片段來了解一下：

# /system/core/rootdir/init.rc

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

on early-init
    # Set init and its forked children's oom_adj.
    write /proc/1/oom_score_adj -1000

    # Disable sysrq from keyboard
    write /proc/sys/kernel/sysrq 0

    # Set the security context of /adb_keys if present.
    restorecon /adb_keys

    # Shouldn't be necessary, but sdcard won't start without it. http://b/22568628.
    mkdir /mnt 0775 root system

    # Set the security context of /postinstall if present.
    restorecon /postinstall

    start ueventd

on init
    sysclktz 0

    # Mix device-specific information into the entropy pool
    copy /proc/cmdline /dev/urandom
    copy /default.prop /dev/urandom

    # Backward compatibility.
    symlink /system/etc /etc
    symlink /sys/kernel/debug /d

    # Link /vendor to /system/vendor for devices without a vendor partition.
    symlink /system/vendor /vendor
...

這是根目錄/init.rc檔案中一開始的程式碼片段。有了前面的講解之後，這段程式碼應當還是比較好理解的。在這段程式碼中：

  • 通過import關鍵字引入了其他幾個.rc檔案
  • 設定了一個事件為early-init的Action
  • 設定了一個事件init的Action

“eraly-init”和”init”這兩個事件都是由init程式發出的。

下面，我們再來看另外一個程式碼片段：

這段程式碼定義了一個名稱為zygote的Service，這個服務是通過可執行命令/system/bin/app_process啟動的，啟動的時候傳遞了引數：-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server。

Zygote是Android系統中一個非常重要的服務，zygote的中文意思是“受精卵“。這是一個很有寓意的名稱：所有的應用程式都是由zygote fork出來的子程式，因此zygote程式是所有應用程式的父程式。

關於Zygote，我們已經在另外一篇文章中講解過了，參見這裡Zygote程式，有興趣的讀者可以再次回顧一下。

結束語

Android系統是一個跨越了多種裝置的作業系統，從最初的系統的研發到最終終端使用者的使用，這其中經歷了許多道的開發流程。而每一道流程的開發者都有可能對系統做不同程度的定製。

Android系統的設計者從一開始就考慮到了這種複雜性，這一點從很多系統模組的設計中很能看得出來。系統啟動的機制便是一個很好的範例：這裡在保證系統核心服務啟動順序的前提下，還為不同階段的開發者預留好了便於調整和擴充套件的機制，並且不用修改任何的原始碼。

這種對於“開閉原則”的遵守，是非常值得我們學習的。

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