Android 10.0系统启动之init进程（四）-「Android取经之路」

上一节主要讲解了Init进程的第二阶段启动过程以及信号处理过程。

本节主要讲解init进程第二阶段的属性服务和init.rc启动流程。

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。

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6.1 property_init

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

作用：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

作用：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
<pathname>	此服务所在路径因为是可执行文件，所以一定有存储路径。
<argument>	启动服务所带的参数
<option>	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

• disabled: 不随class自动启动，只有根据service名才启动；

• oneshot: service退出后不再重启；

• user/group： 设置执行服务的用户/用户组，默认都是root；

• class：设置所属的类名，当所属类启动/退出时，服务也启动/停止，默认为default；

• onrestart:当服务重启时执行相应命令；

• socket: 创建名为/dev/socket/<name>的socket

• critical: 在规定时间内该service不断重启，则系统会重启并进入恢复模式

default: 意味着disabled=false，oneshot=false，critical=false。

7.5 import

用来导入其他的rc文件

命令：

import <filename>

7.6 init.rc 解析过程

7.6.1 LoadBootScripts

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

作用：如果没有特殊配置ro.boot.init_rc，则解析./init.rc

把/system/etc/init,/product/etc/init,/product_services/etc/init,/odm/etc/init,

/vendor/etc/init 这几个路径加入init.rc之后解析的路径，在init.rc解析完成后，解析这些目录里的rc文件。

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()) {
        parser.ParseConfig("/init.rc");
        if (!parser.ParseConfig("/system/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/system/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/product/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/product/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/product_services/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/product_services/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/odm/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/odm/etc/init");
        }
        if (!parser.ParseConfig("/vendor/etc/init")) {
            late_import_paths.emplace_back("/vendor/etc/init");
        }
    } else {
        parser.ParseConfig(bootscript);
    }
}

Android7.0后，init.rc进行了拆分，每个服务都有自己的rc文件，他们基本上都被加载到/system/etc/init，/vendor/etc/init, /odm/etc/init等目录，等init.rc解析完成后，会来解析这些目录中的rc文件，用来执行相关的动作。

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

作用：创建Parser解析对象，例如service、on、import对象

Parser CreateParser(ActionManager& action_manager, ServiceList& service_list) {
    Parser parser;

    parser.AddSectionParser(
            "service", std::make_unique<ServiceParser>(&service_list, subcontexts, std::nullopt));
    parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>(&action_manager, subcontexts));
    parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>(&parser));

    return parser;
}

7.6.2 执行Action动作

    按顺序把相关Action加入触发器队列，按顺序为 early-init -> init -> late-init. 然后在循环中，执行所有触发器队列中Action带Command的执行函数。

am.QueueEventTrigger("early-init");
am.QueueEventTrigger("init");
am.QueueEventTrigger("late-init");
...
while (true) {
if (!(waiting_for_prop || Service::is_exec_service_running())) {
            am.ExecuteOneCommand();
        }
}

7.6.2 Zygote启动

    从Android 5.0的版本开始，Android支持64位的编译，因此zygote本身也支持32位和64位。通过属性ro.zygote来控制不同版本的zygote进程启动。

    在init.rc的import段我们看到如下代码：

    import /init.${ro.zygote}.rc     // 可以看出init.rc不再直接引入一个固定的文件，而是根据属性ro.zygote的内容来引入不同的文件

 init.rc位于/system/core/rootdir下。在这个路径下还包括四个关于zygote的rc文件。

分别是

init.zygote32.rc，

init.zygote32_64.rc，

init.zygote64.rc，

init.zygote64_32.rc，由硬件决定调用哪个文件。

这里拿64位处理器为例，init.zygote64.rc的代码如下所示：

service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main    # class是一个option，指定zygote服务的类型为main
          priority -20
            user root
         group root readproc reserved_disk
          socket zygote stream 660 root system  # socket关键字表示一个option，创建一个名为dev/socket/zygote，类型为stream，权限为660的socket
         socket usap_pool_primary stream 660 root system
            onrestart write /sys/android_power/request_state wake # onrestart是一个option，说明在zygote重启时需要执行的command
          onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart audioserver
    onrestart restart cameraserver
    onrestart restart media
    onrestart restart netd
    onrestart restart wificond
    writepid /dev/cpuset/foreground/tasks

service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server 解析：

service zygote ：init.zygote64.rc 中定义了一个zygote服务。init进程就是通过这个service名称来创建zygote进程

/system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server解析：

zygote这个服务，通过执行进行/system/bin/app_process64 并传入4个参数进行运行：

参数1：-Xzygote  该参数将作为虚拟机启动时所需的参数

参数2：/system/bin 代表虚拟机程序所在目录

参数3：--zygote 指明以ZygoteInit.java类中的main函数作为虚拟机执行入口

参数4：--start-system-server 告诉Zygote进程启动systemServer进程

8.总结

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。

init进程第二阶段主要工作是初始化属性系统，解析SELinux的匹配规则，处理子进程终止信号，启动系统属性服务，可以说每一项都很关键，如果说第一阶段是为属性系统，SELinux做准备，那么第二阶段就是真正去把这些功能落实。

init进行第三阶段主要是解析init.rc 来启动其他进程，进入无限循环，进行子进程实时监控。