Android 系统启动系列文章：
首语
init进程是Android系统中用户空间的第一个进程，进程号为1，是Android系统启动的一个关键步骤，作为第一个进程，它的主要工作是创建Zygote和启动属性服务等。init进程是由多个源文件共同组成的，源码目录在system/core/init中。
源码分析
main(入口函数)
Linux内核加载完成后，在系统文件中寻找init.rc文件，并启动init进程。init进程的入口函数main。
源码路径：system/core/init/main.cpp
main函数根据参数分别执行：
ueventd_main。init进程创建子进程ueventd，并将创建设备节点文件的工作交给veventd。veventd通过两种方式创建设备节点文件（冷启动和热启动）。FirstStageMain。启动第一阶段。SubcontextMain。初始化日志系统。SetupSelinux。加载Selinux规则，并设置Selinux日志，完成Selinux相关工作。SecondStageMain。启动第二阶段。
int main(int argc, char** argv) {
#if __has_feature(address_sanitizer)
__asan_set_error_report_callback(AsanReportCallback);
#elif __has_feature(hwaddress_sanitizer)
__hwasan_set_error_report_callback(AsanReportCallback);
#endif
// Boost prio which will be restored later
setpriority(PRIO_PROCESS, 0, -20);
//当arg[0]的内容是"ueventd"，strcmp的值为0，!strcmp的值为1，执行ueventd_main。veventd主要进行设备节点的创建、权限设置工作
if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {
return ueventd_main(argc, argv);
}
//当传入的参数个数大于1
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 = GetBuiltinFunctionMap();
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);
}
ueventd(节点创建)
ueventd_main 负责节点创建。
源码路径：system/core/init/ueventd.cpp
ueventd进程通过两种方式创建设备节点文件：
- 冷启动。统一创建好的文件节点如cpu频率等。
- 热启动。动态创建的节点如usb插拔等。
int ueventd_main(int argc, char** argv) {
//创建的文件没有权限限制
umask(000);
android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);
LOG(INFO) << "ueventd started!";
SelinuxSetupKernelLogging();
SelabelInitialize();
std::vector<std::unique_ptr<UeventHandler>> uevent_handlers;
auto ueventd_configuration = GetConfiguration();
uevent_handlers.emplace_back(std::make_unique<DeviceHandler>(
std::move(ueventd_configuration.dev_permissions),
std::move(ueventd_configuration.sysfs_permissions),
std::move(ueventd_configuration.subsystems), android::fs_mgr::GetBootDevices(), true));
uevent_handlers.emplace_back(std::make_unique<FirmwareHandler>(
std::move(ueventd_configuration.firmware_directories),
std::move(ueventd_configuration.external_firmware_handlers)));
//enable_modalias_handling=true，创建一个新的ModaliasHandler对象并添加到uevent_handlers中
if (ueventd_configuration.enable_modalias_handling) {
std::vector<std::string> base_paths = {"/odm/lib/modules", "/vendor/lib/modules"};
uevent_handlers.emplace_back(std::make_unique<ModaliasHandler>(base_paths));
}
UeventListener uevent_listener(ueventd_configuration.uevent_socket_rcvbuf_size);
//kColdBootDoneProp=false，冷启动
if (!android::base::GetBoolProperty(kColdBootDoneProp, false)) {
ColdBoot cold_boot(uevent_listener, uevent_handlers,
ueventd_configuration.enable_parallel_restorecon,
ueventd_configuration.parallel_restorecon_dirs);
cold_boot.Run();
}
for (auto& uevent_handler : uevent_handlers) {
uevent_handler->ColdbootDone();
}
// We use waitpid() in ColdBoot, so we can't ignore SIGCHLD until now.
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
// Reap and pending children that exited between the last call to waitpid() and setting SIG_IGN
// for SIGCHLD above.
while (waitpid(-1, nullptr, WNOHANG) > 0) {
}
// Restore prio before main loop
//监听驱动的热插拔处理
setpriority(PRIO_PROCESS, 0, 0);
uevent_listener.Poll([&uevent_handlers](const Uevent& uevent) {
for (auto& uevent_handler : uevent_handlers) {
uevent_handler->HandleUevent(uevent);
}
return ListenerAction::kContinue;
});
return 0;
}
} // namespace init
} // namespace android
FirstStageMain(启动第一阶段)
init进程第一阶段主要进行挂载分区、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。
源码路径：system/core/init/first_stage_init.cpp
挂载了tmpsfs、devpts、proc、sysfs和selinuxfs五种文件系统，这些都是系统运行时目录，系统停止时会消失。
挂载mnt和tmpfs，分别创建vendor和product目录。
CHECKCALL(mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755"));
CHECKCALL(mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL));
CHECKCALL(mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC)));
CHECKCALL(mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL));
CHECKCALL(mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL));
启动init进程，根据main函数，传入参数selinux_setup，执行SetupSelinux函数。
const char* path = "/system/bin/init";
const char* args[] = {path, "selinux_setup", nullptr};
auto fd = open("/dev/kmsg", O_WRONLY | O_CLOEXEC);
dup2(fd, STDOUT_FILENO);
dup2(fd, STDERR_FILENO);
close(fd);
execv(path, const_cast<char**>(args));
// execv() only returns if an error happened, in which case we
// panic and never fall through this conditional.
PLOG(FATAL) << "execv(\"" << path << "\") failed";
return 1;
SetupSelinux(加载Selinux)
SetupSelinux主要做了初始化Selinux、加载Selinux并启动。
源码路径：system/core/init/selinux.cpp
SelinuxSetupKernelLogging();
LOG(INFO) << "Opening SELinux policy";
PrepareApexSepolicy();
// Read the policy before potentially killing snapuserd.
std::string policy;
ReadPolicy(&policy);
CleanupApexSepolicy();
auto snapuserd_helper = SnapuserdSelinuxHelper::CreateIfNeeded();
if (snapuserd_helper) {
// Kill the old snapused to avoid audit messages. After this we cannot
// read from /system (or other dynamic partitions) until we call
// FinishTransition().
snapuserd_helper->StartTransition();
}
LoadSelinuxPolicy(policy);
传入参数second_stage，执行main函数，匹配参数执行SecondStageMain函数。
const char* path = "/system/bin/init";
const char* args[] = {path, "second_stage", nullptr};
execv(path, const_cast<char**>(args));
// execv() only returns if an error happened, in which case we
// panic and never return from this function.
PLOG(FATAL) << "execv(\"" << path << "\") failed";
return 1;
SecondStageMain(启动第二阶段)
启动第二阶段主要做了初始化属性系统、解析Selinux的匹配路径、处理子进程终止信号、启动系统属性服务、解析init.rc文件等。
代码路径：system/core/init/init.cpp
int SecondStageMain(int argc, char** argv) {
//初始化属性服务配置
PropertyInit();
...
//子进程信号处理函数，如果子进程异常退出，init进程会调用该函数设定的信号处理函数进行处理
InstallSignalFdHandler(&epoll);
//启动属性服务
StartPropertyService(&property_fd);
...
ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
ServiceList& sm = ServiceList::GetInstance();
//解析各个目录下的init.rc
LoadBootScripts(am, sm);
...
//重启终止进程
auto next_process_action_time = HandleProcessActions();
}
static void InstallSignalFdHandler(Epoll* epoll) {
...
auto handler = std::bind(HandleSignalFd, false);
...
}
static void HandleSignalFd(bool one_off) {
...
switch (siginfo.ssi_signo) {
case SIGCHLD:
//找到终止进程服务并移除。system/core/init/sigchld_handler.cpp
ReapAnyOutstandingChildren();
break;
...
}
}
static void LoadBootScripts(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
Parser parser = CreateParser(action_manager, service_list);
std::string bootscript = GetProperty("ro.boot.init_rc", "");
if (bootscript.empty()) {
//解析init.rc配置文件
parser.ParseConfig("/system/etc/init/hw/init.rc");
if (!parser.ParseConfig("/system/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/system/etc/init");
}
// late_import is available only in Q and earlier release. As we don't
// have system_ext in those versions, skip late_import for system_ext.
parser.ParseConfig("/system_ext/etc/init");
if (!parser.ParseConfig("/vendor/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/vendor/etc/init");
}
if (!parser.ParseConfig("/odm/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/odm/etc/init");
}
if (!parser.ParseConfig("/product/etc/init")) {
late_import_paths.emplace_back("/product/etc/init");
}
} else {
parser.ParseConfig(bootscript);
}
}
Parser CreateParser(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
Parser parser;
parser.AddSectionParser("service", std::make_unique<ServiceParser>(
&service_list, GetSubcontext(), std::nullopt));
parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>(&action_manager, GetSubcontext()));
parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>(&parser));
return parser;
}
属性服务
Windows有一个注册表管理器，内容采用键值对来记录用户、软件使用信息。即使软件或系统重启，还能根据之前注册表的记录，进行相应的初始化工作，Android提供一个类似的机制，称为属性服务。
init进程启动属性服务并分配内存，存储这些属性，需要直接读取。
源码路径：system/core/init/property_service.cpp
void PropertyInit() {
...
CreateSerializedPropertyInfo();
//__system_property_area_init() 初始化属性内存区域
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";
}
...
}
void StartPropertyService(int* epoll_socket) {
InitPropertySet("ro.property_service.version", "2");
int sockets[2];
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET | SOCK_CLOEXEC, 0, sockets) != 0) {
PLOG(FATAL) << "Failed to socketpair() between property_service and init";
}
*epoll_socket = from_init_socket = sockets[0];
init_socket = sockets[1];
StartSendingMessages();
//创建非阻塞的socket
if (auto result = CreateSocket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK,
false, 0666, 0, 0, {});
result.ok()) {
property_set_fd = *result;
} else {
LOG(FATAL) << "start_property_service socket creation failed: " << result.error();
}
//监听property_set_fd，socket变为server，成为属性服务。属性服务最多同时为8个设置属性的用户提供服务。
listen(property_set_fd, 8);
auto new_thread = std::thread{PropertyServiceThread};
property_service_thread.swap(new_thread);
}
static void PropertyServiceThread() {
Epoll epoll;
if (auto result = epoll.Open(); !result.ok()) {
LOG(FATAL) << result.error();
}
//Epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作的改进。它是多路复用IO接口select/poll的增强版本，能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。保存数据类型是红黑树，查找速度快。
//epoll监听property_set_fd，当property_set_fd有数据时，调用handle_property_set_fd函数处理
if (auto result = epoll.RegisterHandler(property_set_fd, handle_property_set_fd);
!result.ok()) {
LOG(FATAL) << result.error();
}
...
}
static void handle_property_set_fd() {
...
switch (cmd) {
case PROP_MSG_SETPROP: {
...
//封装处理
uint32_t result =
HandlePropertySet(prop_name, prop_value, source_context, cr, nullptr, &error);
...
break;
}
}
uint32_t HandlePropertySet(const std::string& name, const std::string& value,
const std::string& source_context, const ucred& cr,
SocketConnection* socket, std::string* error) {
...
//属性名称以"ctl."开头，为控制属性
if (StartsWith(name, "ctl.")) {
//设置控制属性
return SendControlMessage(name.c_str() + 4, value, cr.pid, socket, error);
}
//特殊属性sys.powerctl，可使设备重新启动。
// sys.powerctl is a special property that is used to make the device reboot. We want to log
// any process that sets this property to be able to accurately blame the cause of a shutdown.
if (name == "sys.powerctl") {
...
}
...
//普通属性
return PropertySet(name, value, error);
}
static uint32_t PropertySet(const std::string& name, const std::string& value, std::string* error) {
...
//判断属性是否合法，实现规则在sytem/core/init/util.cpp
if (!IsLegalPropertyName(name)) {
*error = "Illegal property name";
return PROP_ERROR_INVALID_NAME;
}
if (auto result = IsLegalPropertyValue(name, value); !result.ok()) {
*error = result.error().message();
return PROP_ERROR_INVALID_VALUE;
}
//从属性存储空间查找该属性
prop_info* pi = (prop_info*) __system_property_find(name.c_str());
//如果属性存在
if (pi != nullptr) {
//属性名称以"ro."开头，则表示只读，不能修改，直接返回
// ro.* properties are actually "write-once".
if (StartsWith(name, "ro.")) {
*error = "Read-only property was already set";
return PROP_ERROR_READ_ONLY_PROPERTY;
}
//属性存在，更新属性值
__system_property_update(pi, value.c_str(), valuelen);
} else {
int rc = __system_property_add(name.c_str(), name.size(), value.c_str(), valuelen);
//属性不存在，添加属性
if (rc < 0) {
*error = "__system_property_add failed";
return PROP_ERROR_SET_FAILED;
}
}
//属性名称以"persist."开头，可写。
// Don't write properties to disk until after we have read all default
// properties to prevent them from being overwritten by default values.
if (persistent_properties_loaded && StartsWith(name, "persist.")) {
WritePersistentProperty(name, value);
}
// If init hasn't started its main loop, then it won't be handling property changed messages
// anyway, so there's no need to try to send them.
auto lock = std::lock_guard{accept_messages_lock};
if (accept_messages) {
PropertyChanged(name, value);
}
return PROP_SUCCESS;
}
Android系统属性分为普通属性和控制属性两种。
普通属性是用于描述设备或系统的某些特定信息，例如手机厂商、型号等。这些属性通常以特定的字符串作为前缀，例如"ro"、“persist” 等。
控制属性是用于执行某些命令的属性，例如启动或关闭某个服务。这些属性通常以"ctl.“作为前缀，例如"ctl.start”、"ctl.stop"等。
通过adb setprop/getprop命令，可以在Android系统中查看和设置系统属性。
adb shell setprop [key] [value]
adb shell getprop [prop_name [default]]
Android系统属性配置文件主要是***/default.prop和/system/build.prop***两个文件。
/default.prop文件位于/default.prop，包含了一些默认的系统属性，如ro.sf.cpu_name、ro.product.model等。
/system/build.prop文件位于/system/build.prop，包含了系统的一些详细配置信息，如ro.product.name、ro.product.cpu_abi等。
子进程信号处理
InstallSignalFdHandler函数用于设置子进程信号处理函数。主要防止init进程的子进程成为僵尸进程，为了防止僵尸进程出现，系统会在子进程暂停和终止的时候发出SIGCHLD 信号，InstallSignalFdHandler函数就是用来接收SIGCHLD 信号的(内部只处理进程终止的SIGCHLD 信号)。
假设init进程的某个子进程终止了，InstallSignalFdHandler函数调用HandleSignalFd函数，层层调用处理，找到终止的子进程服务并移除它。再重启子进程服务的启动脚本中带有onrestart的服务。
僵尸进程
在Unix/Linux中，父进程fork创建子进程，在子进程终止后，如果父进程不知道子进程已经终止了，这时子进程虽然退出了，但是系统进程表还保留它的信息，这个子进程就被称为僵尸进程。系统进程表是有限资源，如果系统进程表被僵尸进程耗尽的话，就不能创建新的进程了。
这里着重说明下fork。fork用于创建一个子进程(复制调用fork进程的堆栈等信息)，它与原进程(调用fork进程)同时运行，原进程称为父进程。fork不需要参数并返回一个返回值。
- 负值：创建子进程失败
- 零：返回到新创建的子进程
- 正值：返回父进程，该值包含创建子进程的进程ID
源码路径：system/core/init/sigchld_handler.cpp
void ReapAnyOutstandingChildren() {
while (ReapOneProcess() != 0) {
}
}
static pid_t ReapOneProcess() {
...
//找到服务
service = ServiceList::GetInstance().FindService(pid, &Service::pid);
...
//移除服务
ServiceList::GetInstance().RemoveService(*service);
...
}
解析init.rc
init.rc是Android初始化语言(Android Init Language)编写的脚本，这种语言主要包含五种类型语句：Action、Command、Service、Option和Import。
以system/core/rootdir/init.rc文件为例。
on init
sysclktz 0
...
service ueventd /sbin/ueventd
class core
...
on init 是Action类型的语句，格式如下：
on <trigger> [&& <trigger>]* //设置触发器
<command>
<command> //动作出发要执行的命令
service ueventd /sbin/ueventd是Service类型的语句，格式如下：
service <name> <pathname> [ <argument> ]* //<service name><执行程序路径><传递参数>
<option> //option是service的修饰词，影响什么时候，如何启动service
<option>
每个服务对应一个rc文件，基本都被加载到/system/etc/init、/vendor/etc/init、/odm/etc/init、/product/etc/init等目录。
解析Service 类型语句
init.rc中的Action类型语句、Import类型语句和Service类型语句都有相应的文件来解析，如CreateParser函数中的ActionParser、ImportParser、ServiceParser。对应解析文件目录均在sytem/core/init下。
源码路径：system/core/init/service_parser.cpp
Result<void> ServiceParser::ParseSection(std::vector<std::string>&& args,
const std::string& filename, int line) {
//判断service是否有name和可执行程序
if (args.size() < 3) {
return Error() << "services must have a name and a program";
}
const std::string& name = args[1];
//检查service的name是否有效
if (!IsValidName(name)) {
return Error() << "invalid service name '" << name << "'";
}
...
//构造service对象，解析完所有数据后，调用EndSection函数
service_ = std::make_unique<Service>(name, restart_action_subcontext, str_args, from_apex_);
return {};
}
Result<void> ServiceParser::EndSection() {
...
//构造Service list对象
service_list_->AddService(std::move(service_));
...
}
源码路径：system/core/init/service_list.cpp
void ServiceList::AddService(std::unique_ptr<Service> service) {
//将services对象添加到Service链表中
services_.emplace_back(std::move(service));
}
init启动Zygote
init进程会启动Zygote进程。我们分析下Zygote的启动脚本，以64位处理器为例。
脚本路径：system/core/rootdir/init.zygote64.rc
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
priority -20
user root
group root readproc reserved_disk
socket zygote stream 660 root system
socket usap_pool_primary stream 660 root system
onrestart exec_background - system system -- /system/bin/vdc volume abort_fuse
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart audioserver
onrestart restart cameraserver
onrestart restart media
onrestart restart media.tuner
onrestart restart netd
onrestart restart wificond
task_profiles ProcessCapacityHigh
critical window=${zygote.critical_window.minute:-off} target=zygote-fatal
上述脚本大致含义是创建名为zygote的进程，这个进程的执行程序路径为/system/bin/app_process64，后面的代码是传给app_process64的参数。class main表示zygote的classname是main。
在解析init.rc时，有以下一段Action类型语句，脚本路径：system/core/rootdir/init.rc
on nonencrypted
class_start main
class_start late_start
class_start是一个command，对应的函数为do_class_start， class_start main表示启动classname为main的Service，刚才分析zygote的classname为main，因此它会启动zygote进程。
do_class_start函数在builtins.cpp中。源码路径：system/core/init/builtins.cpp
static Result<void> do_class_start(const BuiltinArguments& args) {
// Do not start a class if it has a property persist.dont_start_class.CLASS set to 1.
if (android::base::GetBoolProperty("persist.init.dont_start_class." + args[1], false))
return {};
// Starting a class does not start services which are explicitly disabled.
// They must be started individually.
for (const auto& service : ServiceList::GetInstance()) {
if (service->classnames().count(args[1])) {
if (auto result = service->StartIfNotDisabled(); !result.ok()) {
LOG(ERROR) << "Could not start service '" << service->name()
<< "' as part of class '" << args[1] << "': " << result.error();
}
}
}
return {};
}
遍历ServiceList，执行StartIfNotDisabled函数。
如果没有在对应的rc文件中设置disable选项，zygote对应的rc文件没有设置disable选项，则会调用Start函数。
子进程启动，并进入该Service的的main函数中，对于zygote来说，执行程序路径是/system/bin/app_process64，对应的文件为app_main.cpp，进入app_main.cpp的main函数中，也是zygote的main函数。
源码路径：system/core/init/service.cpp
Result<void> Service::StartIfNotDisabled() {
if (!(flags_ & SVC_DISABLED)) {
return Start();
} else {
flags_ |= SVC_DISABLED_START;
}
return {};
}
Result<void> Service::Start() {
...
//service 运行，则不启动
// Running processes require no additional work --- if they're in the
// process of exiting, we've ensured that they will immediately restart
// on exit, unless they are ONESHOT. For ONESHOT service, if it's in
// stopping status, we just set SVC_RESTART flag so it will get restarted
// in Reap().
if (flags_ & SVC_RUNNING) {
if ((flags_ & SVC_ONESHOT) && disabled) {
flags_ |= SVC_RESTART;
}
LOG(INFO) << "service '" << name_
<< "' requested start, but it is already running (flags: " << flags_ << ")";
// It is not an error to try to start a service that is already running.
reboot_on_failure.Disable();
return {};
}
...
//判断service对应的执行文件是否存在，不存在则不启动该service
struct stat sb;
if (stat(args_[0].c_str(), &sb) == -1) {
flags_ |= SVC_DISABLED;
return ErrnoError() << "Cannot find '" << args_[0] << "'";
}
...
pid_t pid = -1;
if (namespaces_.flags) {
pid = clone(nullptr, nullptr, namespaces_.flags | SIGCHLD, nullptr);
} else {
//如果子进程没有启动，则调用fork函数创建子进程
pid = fork();
}
//当前代码逻辑在子进程运行
if (pid == 0) {
umask(077);
//子进程启动
RunService(override_mount_namespace, descriptors, std::move(pipefd));
_exit(127);
}
if (pid < 0) {
pid_ = 0;
return ErrnoError() << "Failed to fork";
}
...
}
zygote的main函数源码如下，源码路径：frameworks\base\cmds\app_process\app_main.cpp
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
if (zygote) {
//启动zygote，细节会在Zygote进程启动过程中分析
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
}
}
init启动总结
init进程启动做了很多工作，总的来说有以下三点：
- 挂载分区、创建设备结点和一些关键目录、初始化日志输出系统、启用Selinux安全策略。
- 初始化属性系统、解析Selinux的匹配规则、启动属性服务。
- 解析init.rc配置文件并启动Zygote进程。
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