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Android系统中的init进程与init语言

今天是农历正月初一，一切又是全新的开始。在这个有着特殊意义的日子里，让我们来一起学习一下Android系统的启动是如何开始的。

init进程与init.rc

init进程是一切的开始，在Android系统中，所有进程的进程号都是不确定的，唯独init进程的进程号一定是1。因为这个进程一定是系统起来的第一个进程。并且，init进程掌控了整个系统的启动逻辑。

我们知道，Android可能运行在各种不同的平台，不同的设备上。因此，启动的逻辑是不尽相同的。为了适应各种平台和设备的需求，init进程的初始化工作通过 init.rc 配置文件来管理。init.rc以Android Init Language作为配置语法，下文我们简称Android Init Language为init语言。配置文件的主入口文件是/init.rc，这个文件会通过 import 关键字引入其他的配置文件。在这里，我们统称这些文件为 init.rc 。

/init.rc可能 import 以下路径中的.rc文件：

/init.${ro.hardware}.rc 硬件厂商提供的主配置文件
/system/etc/init/ 核心系统模块的配置文件
/vendor/etc/init/ SoC厂商提供的配置文件
/odm/etc/init/ 设备厂商提供的配置文件

init语法说明

init语言以换行为语句分隔，以空格来为符号分隔。配置文件中支持五种类型的表达式：

Action：包含了一系列的Command
Command： init语言中的命令
Service： init进程启动的服务
Option：对于服务的配置选项
Import：引入其他配置文件

这其中，Action和Service需要保证名称唯一。

Action与Command

Action表达式的语法如下：

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

这里的Trigger是Action执行的触发器，当触发器条件满足时，command会被执行。触发器有两类：

事件触发器事件可以由”trigger”命令发出，也可以是init进程通过 QueueEventTrigger() 函数发出
属性触发器当指定的属性满足时触发

一个Action可以有多个属性触发器，但是只能包含一个事件触发器。下面是一些实例：

on boot && property:a=b 在”boot”事件发生时，并且属性a的值是b时触发
on property:a=b && property:c=d 在属性a的值是b并且属性c的值是d时触发

Action中支持的命令如下表所示：

Command	参数格式	说明
bootchart_init	-	启动bootchart
chmod	octal-mode path	改变文件的访问权限
chown	owner group path	改变文件的拥有者和组
class_start	serviceclass	启动指定类别的服务
class_stop	serviceclass	停止并disable指定类别的服务
class_reset	serviceclass	停止指定类别的服务，但是不disable它们
copy	src dst	拷贝文件
domainname	name	设置域名
enable	servicename	enable一个被disable的服务
exec	[ seclabel [ user [ group ]]] -- command [ argument ]*	fork一个子进程来执行指定的命令
export	name value	导出环境变量
hostname	name	设置host名称
ifup	iterface	使网卡在线
insmod	path	安装指定路径的模块
load_all_props	-	从/system, /vendor等路径载入属性
load_persist_props	-	载入持久化的属性
loglevel	level	设置内核的日志级别
mkdir	path [ mode ] [ owner ] [ group ]	创建目录
mount_all	fstab [ path ]* [-- option ]	挂载文件系统并且导入指定的.rc文件
mount	type device dir [ flag ]* [ options ]	挂载一个文件系统
powerctl	-	内部实现使用
restart	service	重启服务
restorecon	path [ path ]*	设定文件的安全上下文
restorecon_recursive	path [ path ]*	restorecon的递归版本
rm	path	对于指定路径调用unlink(2)
rmdir	path	删除文件夹
setprop	name value	设置属性值
setrlimit	resource cur max	指定资源的rlimit
start	service	启动服务
stop	service	停止服务
swapon_all	fstab	在指定文件上调用fs_mgr_swapon_all
symlink	target path	创建符号链接
sysclktz	mins_west_of_gmt	指定系统时钟基准
trigger	event	触发一个事件
umount	path	unmount指定的文件系统
verity_load_state	-	内部实现使用
verity_update_state	mount_point	内部实现使用
wait	path [ timeout ]	等待某个文件存在直到超时
write	path content	写入内容到指定文件

Service与Option

Service是init进程启动的可执行程序。服务可以选择在自己退出之后，由init将其重启。

Service表达式的语法格式如下：

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

Option是对服务的修饰，它们影响着init进程如何以及何时启动服务。所有支持的option如下表所示：

option	参数格式	说明
critical	-	标识为系统关键服务，该服务若退出多次将导致系统重启到recovery模式
disabled	-	不会随着类别自动启动，必须明确start
setenv	name value	为启动的进程设置环境变量
socket	name type perm [ user [ group [ seclabel ]]]	创建Unix Domain Socket
user	username	在执行服务之前切换用户
group	groupname [ groupname ]*	在执行执行之前切换组
seclabel	seclabel	在执行服务之前切换seclabel
oneshot	-	一次性服务，死亡之后不用重启
class	name	指定服务的类别
onrestart	-	当服务启动时执行命令
writepid	file…	写入子进程的pid到指定文件

这其中有两个特别重要的进程就是： zygote 和 system_server 进程。

zygote 的中文意思是“受精卵“。这是一个很有寓意的名称：所有的应用进程都是由 zygote fork出来的子进程，因此zygote进程是所有应用进程的父进程。
system_server 这个进程正如其名称一样，这是一个系统服务器。Framework层的几乎所有服务都位于这个进程中。这其中就包括管理四大组件的 ActivityManagerService 。

Import

import是一个关键字，并不是一个命令。可以在.rc文件中通过这个关键字来加载其他的.rc文件。它的语法很简单：

import path

path可以是另外一个.rc文件，也可以是一个文件夹。如果是文件夹，那么这个文件夹下面的所有文件都会被导入，但是不会循环加载子目录。

init.rc代码实例

AOSP中包含了Android系统需要的最基本的.rc文件，它们位于这个路径：/system/core/rootdir/ 。

我们选取其中了一两个代码片段来了解一下：

# /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
...

这是根目录/init.rc文件中一开始的代码片段。有了前面的讲解之后，这段代码应当还是比较好理解的。在这段代码中：

一开始通过import关键字引入了其他几个.rc文件
设定了一个事件为early-init的Action
设定了一个事件init的Action

“eraly-init”和”init”事件都是由init进程发出的。

下面，我们再来看另外一个代码片段：

# /system/core/rootdir/init.zygote32.rc

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart audioserver
    onrestart restart cameraserver
    onrestart restart media
    onrestart restart netd
    writepid /dev/cpuset/foreground/tasks

这段代码定义了Andorid系统中一个非常重要的服务： zygote 。这个服务是通过可执行命令/system/bin/app_process启动的，启动的时候传递了参数： -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server 。

关于Zygote我们已经在另外一篇文章中讲解过了，参见这里Zygote进程。