Android init 启动进程分析

Posted 2021-09-08 bobuddy

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Android init 启动进程分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

android init 启动进程主要分三个阶段分析：

概述，Init如何被启动
Init进程启动的源码分析
rc语法分析

1.概述：

init进程是linux系统中用户空间的第一个进程，进程号为1.

当bootloader启动后，启动kernel，kernel启动完后，在用户空间启动init进程，再通过init进程，来读取init.rc中的相关配置，从而来启动其他相关进程以及其他操作。

init进程被赋予了很多重要工作，init进程启动主要分为两个阶段：

第一个阶段完成以下内容：

ueventd/watchdogd跳转及环境变量设置
挂载文件系统并创建目录
初始化日志输出、挂载分区设备
启用SELinux安全策略
开始第二阶段前的准备

第二个阶段完成以下内容：

初始化属性系统
执行SELinux第二阶段并恢复一些文件安全上下文
新建epoll并初始化子进程终止信号处理函数
设置其他系统属性并开启属性服务

2.架构
2.1 Init进程如何被启动？

Init进程是在Kernel启动后，启动的第一个用户空间进程，PID为1。

kernel_init启动后，完成一些init的初始化操作，然后去系统根目录下依次找ramdisk_execute_command和execute_command设置的应用程序，如果这两个目录都找不到，就依次去根目录下找 /sbin/init，/etc/init，/bin/init,/bin/sh 这四个应用程序进行启动，只要这些应用程序有一个启动了，其他就不启动了。

Android系统一般会在根目录下放一个init的可执行文件，也就是说Linux系统的init进程在内核初始化完成后，就直接执行init这个文件。

2.2Init进程启动后，做了哪些事？

Init进程启动后，首先挂载文件系统、再挂载相应的分区，启动SELinux安全策略，启动属性服务，解析rc文件，并启动相应属性服务进程，初始化epoll，依次设置signal、property、keychord这3个fd可读时相对应的回调函数。进入无线循环，用来响应各个进程的变化与重建。

3.kernel启动init进程源码分析

3.1 kernel_init
kernel/msm-4.19/init/main.c

kernel/msm-4.19/init/main.c
kernel_init()
|
run_init_process(ramdisk_execute_command) //运行可执行文件，启动init进程
static int __ref kernel_init(void *unused)
{
   kernel_init_freeable(); //进行init进程的一些初始化操作
   /* need to finish all async __init code before freeing the memory */
   async_synchronize_full();// 等待所有异步调用执行完成,，在释放内存前，必须完成所有的异步 __init 代码
   free_initmem();// 释放所有init.* 段中的内存
   mark_rodata_ro(); //arm64空实现
   system_state = SYSTEM_RUNNING;// 设置系统状态为运行状态
   numa_default_policy(); // 设定NUMA系统的默认内存访问策略

   flush_delayed_fput(); // 释放所有延时的struct file结构体

   if (ramdisk_execute_command) { //ramdisk_execute_command的值为"/init"
       if (!run_init_process(ramdisk_execute_command)) //运行根目录下的init程序
           return 0;
       pr_err("Failed to execute %s\\n", ramdisk_execute_command);
   }

   /*
   * We try each of these until one succeeds.
   *
   * The Bourne shell can be used instead of init if we are
   * trying to recover a really broken machine.
   */
   if (execute_command) { //execute_command的值如果有定义就去根目录下找对应的应用程序,然后启动
       if (!run_init_process(execute_command))
           return 0;
       pr_err("Failed to execute %s. Attempting defaults...\\n",
           execute_command);
   }
   if (!run_init_process("/sbin/init") || //如果ramdisk_execute_command和execute_command定义的应用程序都没有找到，
   //就到根目录下找 /sbin/init，/etc/init，/bin/init,/bin/sh 这四个应用程序进行启动

   !run_init_process("/etc/init") ||
   !run_init_process("/bin/init") ||
   !run_init_process("/bin/sh"))
       return 0;

   panic("No init found. Try passing init= option to kernel. "
   "See Linux Documentation/init.txt for guidance.");
}
3.2 do_basic_setup
kernel_init_freeable（）
|
do_basic_setup（）

static void __init do_basic_setup(void)
{
   cpuset_init_smp();//针对SMP系统，初始化内核control group的cpuset子系统。
   usermodehelper_init();// 创建khelper单线程工作队列，用于协助新建和运行用户空间程序
   shmem_init();// 初始化共享内存
   driver_init();// 初始化设备驱动
   init_irq_proc();//创建/proc/irq目录, 并初始化系统中所有中断对应的子目录
   do_ctors();// 执行内核的构造函数
   usermodehelper_enable();// 启用usermodehelper
   do_initcalls();//遍历initcall_levels数组，调用里面的initcall函数，这里主要是对设备、驱动、文件系统进行初始化，
   //之所有将函数封装到数组进行遍历，主要是为了好扩展

   random_int_secret_init();//初始化随机数生成池
}

4. Init 进程启动源码分析
我们主要是分析Android Q(10.0) 的init的代码。

涉及源码文件：

platform/system/core/init/main.cpp
platform/system/core/init/init.cpp
platform/system/core/init/ueventd.cpp
platform/system/core/init/selinux.cpp
platform/system/core/init/subcontext.cpp
platform/system/core/base/logging.cpp
platform/system/core/init/first_stage_init.cpp
platform/system/core/init/first_stage_main.cpp
platform/system/core/init/first_stage_mount.cpp
platform/system/core/init/keyutils.h
platform/system/core/init/property_service.cpp
platform/external/selinux/libselinux/src/label.c
platform/system/core/init/signal_handler.cpp
platform/system/core/init/service.cpp

4.1 Init 进程入口
前面已经通过kernel_init,启动了init进程，init进程属于一个守护进程，准确的说，它是Linux系统中用户控制的第一个进程，它的进程号为1。它的生命周期贯穿整个Linux内核运行的始终。Android中所有其它的进程共同的鼻祖均为init进程。

可以通过"adb shell ps |grep init" 的命令来查看init的进程号。

Android Q(10.0) 的init入口函数由原先的init.cpp 调整到了main.cpp，把各个阶段的操作分离开来，使代码更加简洁命令，接下来我们就从main函数开始学习。

[system/core/init/main.cpp]

/*
* 1.第一个参数argc表示参数个数，第二个参数是参数列表，也就是具体的参数
* 2.main函数有四个参数入口，
*一是参数中有ueventd，进入ueventd_main
*二是参数中有subcontext，进入InitLogging 和SubcontextMain
*三是参数中有selinux_setup，进入SetupSelinux
*四是参数中有second_stage，进入SecondStageMain

*3.main的执行顺序如下：
* (1)ueventd_main init进程创建子进程ueventd，
* 并将创建设备节点文件的工作托付给ueventd，ueventd通过两种方式创建设备节点文件
* (2)FirstStageMain 启动第一阶段
* (3)SetupSelinux 加载selinux规则，并设置selinux日志,完成SELinux相关工作
* (4)SecondStageMain 启动第二阶段
*/
int main(int argc, char** argv) {
//当argv[0]的内容为ueventd时，strcmp的值为0,！strcmp为1
//1表示true，也就执行ueventd_main,ueventd主要是负责设备节点的创建、权限设定等一些列工作
if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {
return ueventd_main(argc, argv);
}

//当传入的参数个数大于1时，执行下面的几个操作
if (argc > 1) {
//参数为subcontext，初始化日志系统，
if (!strcmp(argv[1], "subcontext")) {
android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);
const BuiltinFunctionMap function_map;
return SubcontextMain(argc, argv, &function_map);
}

//参数为“selinux_setup”,启动Selinux安全策略
if (!strcmp(argv[1], "selinux_setup")) {
return SetupSelinux(argv);
}
//参数为“second_stage”,启动init进程第二阶段
if (!strcmp(argv[1], "second_stage")) {
return SecondStageMain(argc, argv);
}
}
// 默认启动init进程第一阶段
return FirstStageMain(argc, argv);
}
4.2 ueventd_main
代码路径：platform/system/core/init/ueventd.cpp

Android根文件系统的镜像中不存在“/dev”目录，该目录是init进程启动后动态创建的。

因此，建立Android中设备节点文件的重任，也落在了init进程身上。为此，init进程创建子进程ueventd，并将创建设备节点文件的工作托付给ueventd。

ueventd通过两种方式创建设备节点文件。

第一种方式对应“冷插拔”（Cold Plug），即以预先定义的设备信息为基础，当ueventd启动后，统一创建设备节点文件。这一类设备节点文件也被称为静态节点文件。

第二种方式对应“热插拔”（Hot Plug），即在系统运行中，当有设备插入USB端口时，ueventd就会接收到这一事件，为插入的设备动态创建设备节点文件。这一类设备节点文件也被称为动态节点文件。

int ueventd_main(int argc, char** argv) {
//设置新建文件的默认值,这个与chmod相反,这里相当于新建文件后的权限为666
umask(000);

//初始化内核日志，位于节点/dev/kmsg, 此时logd、logcat进程还没有起来，
//采用kernel的log系统，打开的设备节点/dev/kmsg，那么可通过cat /dev/kmsg来获取内核log。
android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);

//注册selinux相关的用于打印log的回调函数
SelinuxSetupKernelLogging();
SelabelInitialize();

//解析xml，根据不同SOC厂商获取不同的hardware rc文件
auto ueventd_configuration = ParseConfig({"/ueventd.rc", "/vendor/ueventd.rc",
"/odm/ueventd.rc", "/ueventd." + hardware + ".rc"});

//冷启动
if (access(COLDBOOT_DONE, F_OK) != 0) {
ColdBoot cold_boot(uevent_listener, uevent_handlers);
cold_boot.Run();
}
for (auto& uevent_handler : uevent_handlers) {
uevent_handler->ColdbootDone();
}

//忽略子进程终止信号
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
// Reap and pending children that exited between the last call to waitpid() and setting SIG_IGN
// for SIGCHLD above.
//在最后一次调用waitpid（）和为上面的sigchld设置SIG_IGN之间退出的获取和挂起的子级
while (waitpid(-1, nullptr, WNOHANG) > 0) {
}

//监听来自驱动的uevent,进行“热插拔”处理
uevent_listener.Poll([&uevent_handlers](const Uevent& uevent) {
for (auto& uevent_handler : uevent_handlers) {
uevent_handler->HandleUevent(uevent); //热启动，创建设备
}
return ListenerAction::kContinue;
});
return 0;
}
4.3 init 进程启动第一阶段
代码路径：platform\\system\\core\\init\\first_stage_init.cpp

init进程第一阶段做的主要工作是挂载分区,创建设备节点和一些关键目录,初始化日志输出系统,启用SELinux安全策略

第一阶段完成以下内容：

/* 01. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */

/* 02. 屏蔽标准的输入输出/初始化内核log系统 */

4.3.1 FirstStageMain

int FirstStageMain(int argc, char** argv) {
//init crash时重启引导加载程序
//这个函数主要作用将各种信号量，如SIGABRT,SIGBUS等的行为设置为SA_RESTART,一旦监听到这些信号即执行重启系统
if (REBOOT_BOOTLOADER_ON_PANIC) {
InstallRebootSignalHandlers();
}
//清空文件权限
umask(0);

CHECKCALL(clearenv());
CHECKCALL(setenv("PATH", _PATH_DEFPATH, 1));

//在RAM内存上获取基本的文件系统，剩余的被rc文件所用
CHECKCALL(mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755"));
CHECKCALL(mkdir("/dev/pts", 0755));
CHECKCALL(mkdir("/dev/socket", 0755));
CHECKCALL(mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL));
#define MAKE_STR(x) __STRING(x)
CHECKCALL(mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC)));
#undef MAKE_STR

// 非特权应用不能使用Andrlid cmdline
CHECKCALL(chmod("/proc/cmdline", 0440));
gid_t groups[] = {AID_READPROC};
CHECKCALL(setgroups(arraysize(groups), groups));
CHECKCALL(mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL));
CHECKCALL(mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL));

CHECKCALL(mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11)));

if constexpr (WORLD_WRITABLE_KMSG) {
CHECKCALL(mknod("/dev/kmsg_debug", S_IFCHR | 0622, makedev(1, 11)));
}

CHECKCALL(mknod("/dev/random", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 8)));
CHECKCALL(mknod("/dev/urandom", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 9)));

//这对于日志包装器是必需的，它在ueventd运行之前被调用
CHECKCALL(mknod("/dev/ptmx", S_IFCHR | 0666, makedev(5, 2)));
CHECKCALL(mknod("/dev/null", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 3)));

//在第一阶段挂在tmpfs、mnt/vendor、mount/product分区。其他的分区不需要在第一阶段加载，
//只需要在第二阶段通过rc文件解析来加载。
CHECKCALL(mount("tmpfs", "/mnt", "tmpfs", MS_NOEXEC | MS_NOSUID | MS_NODEV,
"mode=0755,uid=0,gid=1000"));

//创建可供读写的vendor目录
CHECKCALL(mkdir("/mnt/vendor", 0755));
// /mnt/product is used to mount product-specific partitions that can not be
// part of the product partition, e.g. because they are mounted read-write.
CHECKCALL(mkdir("/mnt/product", 0755));

// 挂载APEX，这在Android 10.0中特殊引入，用来解决碎片化问题，类似一种组件方式，对Treble的增强，
// 不写谷歌特殊更新不需要完整升级整个系统版本，只需要像升级APK一样，进行APEX组件升级
CHECKCALL(mount("tmpfs", "/apex", "tmpfs", MS_NOEXEC | MS_NOSUID | MS_NODEV,
"mode=0755,uid=0,gid=0"));

// /debug_ramdisk is used to preserve additional files from the debug ramdisk
CHECKCALL(mount("tmpfs", "/debug_ramdisk", "tmpfs", MS_NOEXEC | MS_NOSUID | MS_NODEV,
"mode=0755,uid=0,gid=0"));
#undef CHECKCALL

//把标准输入、标准输出和标准错误重定向到空设备文件"/dev/null"
SetStdioToDevNull(argv);
//在/dev目录下挂载好 tmpfs 以及 kmsg
//这样就可以初始化 /kernel Log 系统，供用户打印log
InitKernelLogging(argv);

...

/* 初始化一些必须的分区
*主要作用是去解析/proc/device-tree/firmware/android/fstab,
* 然后得到"/system", "/vendor", "/odm"三个目录的挂载信息
*/
if (!DoFirstStageMount()) {
LOG(FATAL) << "Failed to mount required partitions early ...";
}

struct stat new_root_info;
if (stat("/", &new_root_info) != 0) {
PLOG(ERROR) << "Could not stat(\\"/\\"), not freeing ramdisk";
old_root_dir.reset();
}

if (old_root_dir && old_root_info.st_dev != new_root_info.st_dev) {
FreeRamdisk(old_root_dir.get(), old_root_info.st_dev);
}

SetInitAvbVersionInRecovery();

static constexpr uint32_t kNanosecondsPerMillisecond = 1e6;
uint64_t start_ms = start_time.time_since_epoch().count() / kNanosecondsPerMillisecond;
setenv("INIT_STARTED_AT", std::to_string(start_ms).c_str(), 1);

//启动init进程，传入参数selinux_steup
// 执行命令： /system/bin/init selinux_setup
const char* path = "/system/bin/init";
const char* args[] = {path, "selinux_setup", nullptr};
execv(path, const_cast<char**>(args));
PLOG(FATAL) << "execv(\\"" << path << "\\") failed";

return 1;
}
4.4 加载SELinux规则
SELinux是「Security-Enhanced Linux」的简称，是美国国家安全局「NSA=The National Security Agency」

和SCC（Secure Computing Corporation）开发的 Linux的一个扩张强制访问控制安全模块。

在这种访问控制体系的限制下，进程只能访问那些在他的任务中所需要文件。

selinux有两种工作模式：

permissive，所有的操作都被允许（即没有MAC），但是如果违反权限的话，会记录日志,一般eng模式用
enforcing，所有操作都会进行权限检查。一般user和user-debug模式用
不管是security_setenforce还是security_getenforce都是去操作/sys/fs/selinux/enforce 文件, 0表示permissive 1表示enforcing

4.4.1 SetupSelinux

说明:初始化selinux，加载SELinux规则，配置SELinux相关log输出，并启动第二阶段

代码路径： platform\\system\\core\\init\\selinux.cpp

/*此函数初始化selinux，然后执行init以在init selinux中运行*/
int SetupSelinux(char** argv) {
//初始化Kernel日志
InitKernelLogging(argv);

// Debug版本init crash时重启引导加载程序
if (REBOOT_BOOTLOADER_ON_PANIC) {
InstallRebootSignalHandlers();
}

//注册回调，用来设置需要写入kmsg的selinux日志
SelinuxSetupKernelLogging();

//加载SELinux规则
SelinuxInitialize();

/*
*我们在内核域中，希望转换到init域。在其xattrs中存储selabel的文件系统（如ext4）不需要显式restorecon，
*但其他文件系统需要。尤其是对于ramdisk，如对于a/b设备的恢复映像，这是必需要做的一步。
*其实就是当前在内核域中，在加载Seliux后，需要重新执行init切换到C空间的用户态
*/
if (selinux_android_restorecon("/system/bin/init", 0) == -1) {
PLOG(FATAL) << "restorecon failed of /system/bin/init failed";
}

//准备启动innit进程，传入参数second_stage
const char* path = "/system/bin/init";
const char* args[] = {path, "second_stage", nullptr};
execv(path, const_cast<char**>(args));

/*
*执行 /system/bin/init second_stage, 进入第二阶段
*/
PLOG(FATAL) << "execv(\\"" << path << "\\") failed";

return 1;
}
4.4.2 SelinuxInitialize()

/*加载selinux 规则*/
void SelinuxInitialize() {
LOG(INFO) << "Loading SELinux policy";
if (!LoadPolicy()) {
LOG(FATAL) << "Unable to load SELinux policy";
}

//获取当前Kernel的工作模式
bool kernel_enforcing = (security_getenforce() == 1);

//获取工作模式的配置
bool is_enforcing = IsEnforcing();

//如果当前的工作模式与配置的不同，就将当前的工作模式改掉
if (kernel_enforcing != is_enforcing) {
if (security_setenforce(is_enforcing)) {
PLOG(FATAL) << "security_setenforce(" << (is_enforcing ? "true" : "false")
<< ") failed";
}
}

if (auto result = WriteFile("/sys/fs/selinux/checkreqprot", "0"); !result) {
LOG(FATAL) << "Unable to write to /sys/fs/selinux/checkreqprot: " << result.error();
}
}
/*
*加载SELinux规则
*这里区分了两种情况,这两种情况只是区分从哪里加载安全策略文件,
*第一个是从 /vendor/etc/selinux/precompiled_sepolicy 读取,
*第二个是从 /sepolicy 读取,他们最终都是调用selinux_android_load_policy_from_fd方法
*/
bool LoadPolicy() {
return IsSplitPolicyDevice() ? LoadSplitPolicy() : LoadMonolithicPolicy();
}
4.5 init进程启动第二阶段
第二阶段主要内容：

创建进程会话密钥并初始化属性系统
进行SELinux第二阶段并恢复一些文件安全上下文
新建epoll并初始化子进程终止信号处理函数，详细看第五节-信号处理
启动匹配属性的服务端，详细查看第六节-属性服务
解析init.rc等文件，建立rc文件的action 、service，启动其他进程，详细查看第七节-rc文件解析

4.5.1 SecondStageMain

int SecondStageMain(int argc, char** argv) {
/* 01. 创建进程会话密钥并初始化属性系统 */
keyctl_get_keyring_ID(KEY_SPEC_SESSION_KEYRING, 1);

//创建 /dev/.booting 文件，就是个标记，表示booting进行中
close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000));

// 初始化属性系统，并从指定文件读取属性
property_init();

/* 02. 进行SELinux第二阶段并恢复一些文件安全上下文 */
   SelinuxRestoreContext();

/* 03. 新建epoll并初始化子进程终止信号处理函数 */
Epoll epoll;
if (auto result = epoll.Open(); !result) {
PLOG(FATAL) << result.error();
}

   InstallSignalFdHandler(&epoll);

/* 04. 设置其他系统属性并开启系统属性服务*/
StartPropertyService(&epoll);

   /* 05 解析init.rc等文件，建立rc文件的action 、service，启动其他进程*/
ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
ServiceList& sm = ServiceList::GetInstance();
LoadBootScripts(am, sm);
}
代码流程详细解析：

int SecondStageMain(int argc, char** argv) {
/*
*init crash时重启引导加载程序
*这个函数主要作用将各种信号量，如SIGABRT,SIGBUS等的行为设置为SA_RESTART,一旦监听到这些信号即执行重启系统
*/
if (REBOOT_BOOTLOADER_ON_PANIC) {
InstallRebootSignalHandlers();
}

//把标准输入、标准输出和标准错误重定向到空设备文件"/dev/null"
SetStdioToDevNull(argv);
//在/dev目录下挂载好 tmpfs 以及 kmsg
//这样就可以初始化 /kernel Log 系统，供用户打印log
InitKernelLogging(argv);
LOG(INFO) << "init second stage started!";

// 01. 创建进程会话密钥并初始化属性系统
keyctl_get_keyring_ID(KEY_SPEC_SESSION_KEYRING, 1);

//创建 /dev/.booting 文件，就是个标记，表示booting进行中
close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000));

// 初始化属性系统，并从指定文件读取属性
property_init();

/*
* 1.如果参数同时从命令行和DT传过来，DT的优先级总是大于命令行的
* 2.DT即device-tree，中文意思是设备树，这里面记录自己的硬件配置和系统运行参数，
*/
process_kernel_dt(); // 处理 DT属性
process_kernel_cmdline(); // 处理命令行属性

// 处理一些其他的属性
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);

// See if need to load debug props to allow adb root, when the device is unlocked.
const char* force_debuggable_env = getenv("INIT_FORCE_DEBUGGABLE");
if (force_debuggable_env && AvbHandle::IsDeviceUnlocked()) {
load_debug_prop = "true"s == force_debuggable_env;
}

// 基于cmdline设置memcg属性
bool memcg_enabled = android::base::GetBoolProperty("ro.boot.memcg",false);
if (memcg_enabled) {
// root memory control cgroup
mkdir("/dev/memcg", 0700);
chown("/dev/memcg",AID_ROOT,AID_SYSTEM);
mount("none", "/dev/memcg", "cgroup", 0, "memory");
// app mem cgroups, used by activity manager, lmkd and zygote
mkdir("/dev/memcg/apps/",0755);
chown("/dev/memcg/apps/",AID_SYSTEM,AID_SYSTEM);
mkdir("/dev/memcg/system",0550);
chown("/dev/memcg/system",AID_SYSTEM,AID_SYSTEM);
}

// 清空这些环境变量，之前已经存到了系统属性中去了
unsetenv("INIT_STARTED_AT");
unsetenv("INIT_SELINUX_TOOK");
unsetenv("INIT_AVB_VERSION");
unsetenv("INIT_FORCE_DEBUGGABLE");

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

/*
* 02. 进行SELinux第二阶段并恢复一些文件安全上下文
* 恢复相关文件的安全上下文,因为这些文件是在SELinux安全机制初始化前创建的，
* 所以需要重新恢复上下文
*/
SelinuxRestoreContext();

/*
* 03. 新建epoll并初始化子进程终止信号处理函数
* 创建epoll实例，并返回epoll的文件描述符
*/
Epoll epoll;
if (auto result = epoll.Open(); !result) {
PLOG(FATAL) << result.error();
}

/*
*主要是创建handler处理子进程终止信号，注册一个signal到epoll进行监听
*进行子继承处理
*/
InstallSignalFdHandler(&epoll);

// 进行默认属性配置相关的工作
property_load_boot_defaults(load_debug_prop);
UmountDebugRamdisk();
fs_mgr_vendor_overlay_mount_all();
export_oem_lock_status();

/*
*04. 设置其他系统属性并开启系统属性服务
*/
StartPropertyService(&epoll);
MountHandler mount_handler(&epoll);

//为USB存储设置udc Contorller, sys/class/udc
set_usb_controller();

// 匹配命令和函数之间的对应关系
const BuiltinFunctionMap function_map;
Action::set_function_map(&function_map);

if (!SetupMountNamespaces()) {
PLOG(FATAL) << "SetupMountNamespaces failed";
}

// 初始化文件上下文
subcontexts = InitializeSubcontexts();

/*
*05 解析init.rc等文件，建立rc文件的action 、service，启动其他进程
*/
ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
ServiceList& sm = ServiceList::GetInstance();

LoadBootScripts(am, sm);

// Turning this on and letting the INFO logging be discarded adds 0.2s to
// Nexus 9 boot time, so it's disabled by default.
if (false) DumpState();

// 当GSI脚本running时，确保GSI状态可用.
if (android::gsi::IsGsiRunning()) {
property_set("ro.gsid.image_running", "1");
} else {
property_set("ro.gsid.image_running", "0");
}

am.QueueBuiltinAction(SetupCgroupsAction, "SetupCgroups");

// 执行rc文件中触发器为 on early-init 的语句
am.QueueEventTrigger("early-init");

// 等冷插拔设备初始化完成
am.QueueBuiltinAction(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");

// 开始查询来自 /dev的 action
am.QueueBuiltinAction(MixHwrngIntoLinuxRngAction, "MixHwrngIntoLinuxRng");
am.QueueBuiltinAction(SetMmapRndBitsAction, "SetMmapRndBits");
am.QueueBuiltinAction(SetKptrRestrictAction, "SetKptrRestrict");

// 设备组合键的初始化操作
Keychords keychords;
am.QueueBuiltinAction(
[&epoll, &keychords](const BuiltinArguments& args) -> Result<Success> {
for (const auto& svc : ServiceList::GetInstance()) {
keychords.Register(svc->keycodes());
}
keychords.Start(&epoll, HandleKeychord);
return Success();
},
"KeychordInit");

//在屏幕上显示Android 静态LOGO
am.QueueBuiltinAction(console_init_action, "console_init");

// 执行rc文件中触发器为on init的语句
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");

// Initialize binder before bringing up other system services
am.QueueBuiltinAction(InitBinder, "InitBinder");

// 当设备处于充电模式时，不需要mount文件系统或者启动系统服务
// 充电模式下，将charger假如执行队列，否则把late-init假如执行队列
std::string bootmode = GetProperty("ro.bootmode", "");
if (bootmode == "charger") {
am.QueueEventTrigger("charger");
} else {
am.QueueEventTrigger("late-init");
}

// 基于属性当前状态运行所有的属性触发器.
am.QueueBuiltinAction(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");

while (true) {
// By default, sleep until something happens.
auto epoll_timeout = std::optional<std::chrono::milliseconds>{};

if (do_shutdown && !shutting_down) {
do_shutdown = false;
if (HandlePowerctlMessage(shutdown_command)) {
shutting_down = true;
}
}

//依次执行每个action中携带command对应的执行函数
if (!(waiting_for_prop || Service::is_exec_service_running())) {
am.ExecuteOneCommand();
}
if (!(waiting_for_prop || Service::is_exec_service_running())) {
if (!shutting_down) {
auto next_process_action_time = HandleProcessActions();

// If there's a process that needs restarting, wake up in time for that.
if (next_process_action_time) {
epoll_timeout = std::chrono::ceil<std::chrono::milliseconds>(
*next_process_action_time - boot_clock::now());
if (*epoll_timeout < 0ms) epoll_timeout = 0ms;
}
}

// If there's more work to do, wake up again immediately.
if (am.HasMoreCommands()) epoll_timeout = 0ms;
}

// 循环等待事件发生
if (auto result = epoll.Wait(epoll_timeout); !result) {
LOG(ERROR) << result.error();
}
}

return 0;
}

5. 信号处理

init是一个守护进程，为了防止init的子进程成为僵尸进程(zombie process)，需要init在子进程在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，会引起严重的系统问题）。

子进程重启流程如下图所示：

信号处理主要工作：

初始化信号signal句柄
循环处理子进程
注册epoll句柄
处理子进程终止
注: EPOLL类似于POLL，是Linux中用来做事件触发的，跟EventBus功能差不多。linux很长的时间都在使用select来做事件触发，它是通过轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多，对于大量的描述符处理，EPOLL更有优势

5.1 InstallSignalFdHandler
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，了解这些背景后，我们来看看init进程如何处理这个信号。

首先，新建一个sigaction结构体，sa_handler是信号处理函数，指向内核指定的函数指针SIG_DFL和Android 9.0及之前的版本不同，这里不再通过socket的读写句柄进行接收信号，改成了内核的信号处理函数SIG_DFL。
然后，sigaction(SIGCHLD, &act, nullptr) 这个是建立信号绑定关系，也就是说当监听到SIGCHLD信号时，由act这个sigaction结构体处理
最后，RegisterHandler 的作用就是signal_read_fd（之前的s[1]）收到信号，触发handle_signal
终上所述，InstallSignalFdHandler函数的作用就是，接收到SIGCHLD信号时触发HandleSignalFd进行信号处理

信号处理示意图：

代码路径：platform/system/core/init.cpp

说明：该函数主要的作用是初始化子进程终止信号处理过程

static void InstallSignalFdHandler(Epoll* epoll) {

// SA_NOCLDSTOP使init进程只有在其子进程终止时才会受到SIGCHLD信号
const struct sigaction act { .sa_handler = SIG_DFL, .sa_flags = SA_NOCLDSTOP };
sigaction(SIGCHLD, &act, nullptr);

sigset_t mask;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGCHLD);

if (!IsRebootCapable()) {
// 如果init不具有 CAP_SYS_BOOT的能力，则它此时正值容器中运行
// 在这种场景下，接收SIGTERM 将会导致系统关闭
sigaddset(&mask, SIGTERM);
}

if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, nullptr) == -1) {
PLOG(FATAL) << "failed to block signals";
}

// 注册处理程序以解除对子进程中的信号的阻止
const int result = pthread_atfork(nullptr, nullptr, &UnblockSignals);
if (result != 0) {
LOG(FATAL) << "Failed to register a fork handler: " << strerror(result);
}

//创建信号句柄
signal_fd = signalfd(-1, &mask, SFD_CLOEXEC);
if (signal_fd == -1) {
PLOG(FATAL) << "failed to create signalfd";
}

//信号注册，当signal_fd收到信号时，触发HandleSignalFd
if (auto result = epoll->RegisterHandler(signal_fd, HandleSignalFd); !result) {
LOG(FATAL) << result.error();
}
}
5.2 RegisterHandler

代码路径：/platform/system/core/epoll.cpp

说明：信号注册,把fd句柄加入到 epoll_fd_的监听队列中

Result<void> Epoll::RegisterHandler(int fd, std::function<void()> handler, uint32_t events) {
if (!events) {
return Error() << "Must specify events";
}
auto [it, inserted] = epoll_handlers_.emplace(fd, std::move(handler));
if (!inserted) {
return Error() << "Cannot specify two epoll handlers for a given FD";
}
epoll_event ev;
ev.events = events;
// std::map's iterators do not get invalidated until erased, so we use the
// pointer to the std::function in the map directly for epoll_ctl.
ev.data.ptr = reinterpret_cast<void*>(&it->second);
// 将fd的可读事件加入到epoll_fd_的监听队列中
if (epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1) {
Result<void> result = ErrnoError() << "epoll_ctl failed to add fd";
epoll_handlers_.erase(fd);
return result;
}
return {};
}

5.3 HandleSignalFd

代码路径：platform/system/core/init.cpp

说明：监控SIGCHLD信号，调用 ReapAnyOutstandingChildren 来终止出现问题的子进程

static void HandleSignalFd() {
signalfd_siginfo siginfo;
ssize_t bytes_read = TEMP_FAILURE_RETRY(read(signal_fd, &siginfo, sizeof(siginfo)));
if (bytes_read != sizeof(siginfo)) {
PLOG(ERROR) << "Failed to read siginfo from signal_fd";
return;
}

//监控SIGCHLD信号
switch (siginfo.ssi_signo) {
case SIGCHLD:
ReapAnyOutstandingChildren();
break;
case SIGTERM:
HandleSigtermSignal(siginfo);
break;
default:
PLOG(ERROR) << "signal_fd: received unexpected signal " << siginfo.ssi_signo;
break;
}
}

5.4 ReapOneProcess

代码路径：/platform/system/core/sigchld_handle.cpp

说明：ReapOneProcess是最终的处理函数了，这个函数先用waitpid找出挂掉进程的pid,然后根据pid找到对应Service，

最后调用Service的Reap方法清除资源,根据进程对应的类型，决定是否重启机器或重启进程

void ReapAnyOutstandingChildren() {
while (ReapOneProcess()) {
}
}

static bool ReapOneProcess() {
siginfo_t siginfo = {};
//用waitpid函数获取状态发生变化的子进程pid
//waitpid的标记为WNOHANG，即非阻塞，返回为正值就说明有进程挂掉了
if (TEMP_FAILURE_RETRY(waitid(P_ALL, 0, &siginfo, WEXITED | WNOHANG | WNOWAIT)) != 0) {
PLOG(ERROR) << "waitid failed";
return false;
}

auto pid = siginfo.si_pid;
if (pid == 0) return false;

// 当我们知道当前有一个僵尸pid，我们使用scopeguard来清楚该pid
auto reaper = make_scope_guard([pid] { TEMP_FAILURE_RETRY(waitpid(pid, nullptr, WNOHANG)); });

std::string name;
std::string wait_string;
Service* service = nullptr;

if (SubcontextChildReap(pid)) {
name = "Subcontext";
} else {
//通过pid找到对应的service
service = ServiceList::GetInstance().FindService(pid, &Service::pid);

if (service) {
name = StringPrintf("Service '%s' (pid %d)", service->name().c_str(), pid);
if (service->flags() & SVC_EXEC) {
auto exec_duration = boot_clock::now() - service->time_started();
auto exec_duration_ms =
std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(exec_duration).count();
wait_string = StringPrintf(" waiting took %f seconds", exec_duration_ms / 1000.0f);
} else if (service->flags() & SVC_ONESHOT) {
auto exec_duration = boot_clock::now() - service->time_started();
auto exec_duration_ms =
std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(exec_duration)
.count();
wait_string = StringPrintf(" oneshot service took %f seconds in background",exec_duration_ms / 1000.0f);
}
} else {
name = StringPrintf("Untracked pid %d", pid);
}
}

if (siginfo.si_code == CLD_EXITED) {
LOG(INFO) << name << " exited with status " << siginfo.si_status << wait_string;
} else {
LOG(INFO) << name << " received signal " << siginfo.si_status << wait_string;
}

//没有找到service，说明已经结束了，退出
if (!service) return true;

service->Reap(siginfo);//清除子进程相关的资源

if (service->flags() & SVC_TEMPORARY) {
ServiceList::GetInstance().RemoveService(*service); //移除该service
}

return true;
}

6.属性服务
我们在开发和调试过程中看到通过property_set可以轻松设置系统属性，那干嘛这里还要启动一个属性服务呢？这里其实涉及到一些权限的问题，不是所有进程都可以随意修改任何的系统属性，

Android将属性的设置统一交由init进程管理，其他进程不能直接修改属性，而只能通知init进程来修改，而在这过程中，init进程可以进行权限控制，我们来看看具体的流程是什么

6.1 property_init

代码路径：platform/system/core/property_service.cpp

说明：初始化属性系统，并从指定文件读取属性，并进行SELinux注册，进行属性权限控制

清除缓存，这里主要是清除几个链表以及在内存中的映射，新建property_filename目录，这个目录的值为 /dev/_properties_

然后就是调用CreateSerializedPropertyInfo加载一些系统属性的类别信息，最后将加载的链表写入文件并映射到内存

void property_init() {

//设置SELinux回调，进行权限控制
selinux_callback cb;
cb.func_audit = PropertyAuditCallback;
selinux_set_callback(SELINUX_CB_AUDIT, cb);

mkdir("/dev/__properties__", S_IRWXU | S_IXGRP | S_IXOTH);
CreateSerializedPropertyInfo();
if (__system_property_area_init()) {
LOG(FATAL) << "Failed to initialize property area";
}
if (!property_info_area.LoadDefaultPath()) {
LOG(FATAL) << "Failed to load serialized property info file";
}
}

通过CreateSerializedPropertyInfo 来加载以下目录的contexts：

1)与SELinux相关

/system/etc/selinux/plat_property_contexts

/vendor/etc/selinux/vendor_property_contexts

/vendor/etc/selinux/nonplat_property_contexts

/product/etc/selinux/product_property_contexts

/odm/etc/selinux/odm_property_contexts
2)与SELinux无关

/plat_property_contexts

/vendor_property_contexts
/nonplat_property_contexts

/product_property_contexts
/odm_property_contexts

6.2 StartPropertyService
代码路径： platform/system/core/init.cpp

说明：启动属性服务

首先创建一个socket并返回文件描述符，然后设置最大并发数为8，其他进程可以通过这个socket通知init进程修改系统属性，

最后注册epoll事件，也就是当监听到property_set_fd改变时调用handle_property_set_fd

void StartPropertyService(Epoll* epoll) {
property_set("ro.property_service.version", "2");

//建立socket连接
if (auto result = CreateSocket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK,
false, 0666, 0, 0, {})) {
property_set_fd = *result;
} else {
PLOG(FATAL) << "start_property_service socket creation failed: " << result.error();
}

// 最大监听8个并发
listen(property_set_fd, 8);

// 注册property_set_fd，当收到句柄改变时，通过handle_property_set_fd来处理
if (auto result = epoll->RegisterHandler(property_set_fd, handle_property_set_fd); !result) {
PLOG(FATAL) << result.error();
}
}
6.3 handle_property_set_fd
代码路径：platform/system/core/property_service.cpp

说明：建立socket连接，然后从socket中读取操作信息，根据不同的操作类型，调用HandlePropertySet做具体的操作

HandlePropertySet是最终的处理函数，以"ctl"开头的key就做一些Service的Start,Stop,Restart操作，其他的就是调用property_set进行属性设置，不管是前者还是后者，都要进行SELinux安全性检查，只有该进程有操作权限才能执行相应操作

static void handle_property_set_fd() {
static constexpr uint32_t kDefaultSocketTimeout = 2000; /* ms */

// 等待客户端连接
int s = accept4(property_set_fd, nullptr, nullptr, SOCK_CLOEXEC);
if (s == -1) {
return;
}

ucred cr;
socklen_t cr_size = sizeof(cr);
// 获取连接到此socket的进程的凭据
if (getsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_PEERCRED, &cr, &cr_size) < 0) {
close(s);
PLOG(ERROR) << "sys_prop: unable to get SO_PEERCRED";
return;
}

// 建立socket连接
SocketConnection socket(s, cr);
uint32_t timeout_ms = kDefaultSocketTimeout;

uint32_t cmd = 0;
// 读取socket中的操作信息
if (!socket.RecvUint32(&cmd, &timeout_ms)) {
PLOG(ERROR) << "sys_prop: error while reading command from the socket";
socket.SendUint32(PROP_ERROR_READ_CMD);
return;
}

// 根据操作信息，执行对应处理,两者区别一个是以char形式读取，一个以String形式读取
switch (cmd) {
case PROP_MSG_SETPROP: {
char prop_name[PROP_NAME_MAX];
char prop_value[PROP_VALUE_MAX];

if (!socket.RecvChars(prop_name, PROP_NAME_MAX, &timeout_ms) ||
!socket.RecvChars(prop_value, PROP_VALUE_MAX, &timeout_ms)) {
PLOG(ERROR) << "sys_prop(PROP_MSG_SETPROP): error while reading name/value from the socket";
return;
}

prop_name[PROP_NAME_MAX-1] = 0;
prop_value[PROP_VALUE_MAX-1] = 0;

std::string source_context;
if (!socket.GetSourceContext(&source_context)) {
PLOG(ERROR) << "Unable to set property '" << prop_name << "': getpeercon() failed";
return;
}

const auto& cr = socket.cred();
std::string error;
uint32_t result = HandlePropertySet(prop_name, prop_value, source_context, cr, &error);
if (result != PROP_SUCCESS) {
LOG(ERROR) << "Unable to set property '" << prop_name << "' from uid:" << cr.uid
<< " gid:" << cr.gid << " pid:" << cr.pid << ": " << error;
}

break;
}

case PROP_MSG_SETPROP2: {
std::string name;
std::string value;
if (!socket.RecvString(&name, &timeout_ms) ||
!socket.RecvString(&value, &timeout_ms)) {
PLOG(ERROR) << "sys_prop(PROP_MSG_SETPROP2): error while reading name/value from the socket";
socket.SendUint32(PROP_ERROR_READ_DATA);
return;
}

std::string source_context;
if (!socket.GetSourceContext(&source_context)) {
PLOG(ERROR) << "Unable to set property '" << name << "': getpeercon() failed";
socket.SendUint32(PROP_ERROR_PERMISSION_DENIED);
return;
}

const auto& cr = socket.cred();
std::string error;
uint32_t result = HandlePropertySet(name, value, source_context, cr, &error);
if (result != PROP_SUCCESS) {
LOG(ERROR) << "Unable to set property '" << name << "' from uid:" << cr.uid
<< " gid:" << cr.gid << " pid:" << cr.pid << ": " << error;
}
socket.SendUint32(result);
break;
}

default:
LOG(ERROR) << "sys_prop: invalid command " << cmd;
socket.SendUint32(PROP_ERROR_INVALID_CMD);
break;
}
}
7.第三阶段init.rc
当属性服务建立完成后，init的自身功能基本就告一段落，接下来需要来启动其他的进程。但是init进程如何其他其他进程呢？其他进程都是一个二进制文件，我们可以直接通过exec的命令方式来启动，例如 ./system/bin/init second_stage，来启动init进程的第二阶段。但是Android系统有那么多的Native进程，如果都通过传exec在代码中一个个的来执行进程，那无疑是一个灾难性的设计。

在这个基础上Android推出了一个init.rc的机制，即类似通过读取配置文件的方式，来启动不同的进程。接下来我们就来看看init.rc是如何工作的。

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。

init.rc在手机的目录：./init.rc

init.rc主要包含五种类型语句：

Action
Command
Service
Option
Import

7.1 Action
动作表示了一组命令(commands)组成.动作包括一个触发器，决定了何时运行这个动作

Action：通过触发器trigger，即以on开头的语句来决定执行相应的service的时机，具体有如下时机：

on early-init; 在初始化早期阶段触发；
on init; 在初始化阶段触发；
on late-init; 在初始化晚期阶段触发；
on boot/charger：当系统启动/充电时触发；
on property:<key>=<value>: 当属性值满足条件时触发；

7.2 Command
command是action的命令列表中的命令，或者是service中的选项 onrestart 的参数命令,命令将在所属事件发生时被一个个地执行.

下面列举常用的命令

class_start <service_class_name>：启动属于同一个class的所有服务；
class_stop <service_class_name> : 停止指定类的服务
start <service_name>：启动指定的服务，若已启动则跳过；
stop <service_name>：停止正在运行的服务
setprop <name> <value>：设置属性值
mkdir <path>：创建指定目录
symlink <target> <sym_link>：创建连接到<target>的<sym_link>符号链接；
write <path> <string>：向文件path中写入字符串；
exec： fork并执行，会阻塞init进程直到程序完毕；
exprot <name> <name>：设定环境变量；
loglevel <level>：设置log级别
hostname <name> : 设置主机名
import <filename> ：导入一个额外的init配置文件

7.3 Service
服务Service，以 service开头，由init进程启动，一般运行在init的一个子进程，所以启动service前需要判断对应的可执行文件是否存在。

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

参数

含义

<name>

表示此服务的名称

此服务所在路径因为是可执行文件，所以一定有存储路径。

启动服务所带的参数

对此服务的约束选项

init生成的子进程，定义在rc文件，其中每一个service在启动时会通过fork方式生成子进程。

例如： service servicemanager /system/bin/servicemanager代表的是服务名为servicemanager，服务执行的路径为/system/bin/servicemanager。

7.4 Options
Options是Service的可选项，与service配合使用