51CTO专家专栏李洋谈Android系统启动过程剖析
【独家特稿】李洋老师在前文中向我们介绍了“Android安全框架”和“Android系统及程序授权机制”。李洋老师将继续介绍Android系统架构的介绍——《Android系统启动过程剖析》。
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1. 系统启动流程简介
在Linux内核启动后，init 1(1号进程)将作为第一个用户空间(Linux虚拟内存的大小为232(在32位的x86机器上)，内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节供内核使用，称为“内核空间”。而较低的3G字节供各个进程使用，称为“用户空间”。)的进程来启动Android系统，该启动流程可以分为如下5个阶段，如下图：
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(1) 启动准备：该阶段包括创建文件系统的基本目录、打开基本输入、输出设备，初始化日志功能等;
(2) 解析init.rc文件：该阶段对init.rc脚本文件进行解析，主要对Service(服务)和Action(动作)进行解析。其中，Service由命令(Command)和一系列服务的附加内容(Option，选项)组成，如：“service vold /system/bin/vold”为一个Service，而“socket vold stream 0660 root mount“则为配合该服务使用的Option;Action则由一系列的命令组成，如：“on init mkdir /system”为系统初始化时建立系统文件夹的Action;
(3) 触发需要执行的action：Action需要在Triggers(触发条件)中调用，本阶段对需要执行的Action进行触发，并根据触发条件将需要执行的Action放入Action队列;
(4) 执行在action队列中的命令：对上一阶段触发的Action以及Service进行执行。并在此过程中，派生了Zygote和Service Manager两个非常重要的进程;
(5) 循环处理事件：init进程进入无限循环，处理设备插入/拔出，服务属性状态变化和signal事件等。
2. 源码分析结果
对android-2.3.3_r1版本中的如下源码文件进行分析：
(1) init.c：路径为system/core/init/init.c
(2) init_parser.c：路径为system/core/init/ init_parser.c
(3) builtins.c：路径为system/core/init/ builtins.c
(4) property_service.c：路径为system/core/init/property_service.c
(5) keycords.c：路径为system/core/init/keycords.c
(6) signal_handler.c：路径为system/core/init/signal_handler.c
总结得出系统启动流程对应的源代码文件及函数如下(注：以下函数间的顺序执行关系使用“>”表示;函数间的调用执行关系使用“à”表示)
2.1 第一阶段(启动准备)
具体的函数执行过程如下：
| mkdir > mount > open_devnull_stdio > log_init |
2.2 第二阶段(解析init.rc文件)
具体的函数调用过程如下：
| init_parse_config_fileàparse_configà parse_new_sectionàparse_service (或者parse_action)-> parse_line_service(或者parce_line_action) |
2.3 第三阶段(触发需要执行的action)
具体的调用过程如下：
| action_for_each_trigger("boot", action_add_queue_tail);à action_add_queue_tail ( class_start default) à action_remove_queue_head à do_class_start |
2.4 第四阶段(执行在action队列中的命令)
具体的调用过程如下：
| execute_one_commandà action_remove_queue_head àdo_class_start àservice_for_each_classà service_start_if_not_disabledà service_start |
2.5 第五阶段(循环处理)
具体的循环处理过程如下：
- for (; ;) {
- poll > handle_property_set_fd > handle_keychord > handle_signal
- }
2.6 主要函数介绍
| 函数名 | 所在文件 | 功能概述 |
| main | system/core/init/init.c | 1号进程init的入口函数。主要分析init.rc配置文件，执行基本的action和启动必备的native service，然后进入一个infinite loop 处理来自property, signal的event |
| mkdir | system/core/init/init.c | 建立文件系统的基本目录 |
| mount | system/core/init/init.c | 装载文件系统 |
| open_devnull_stdio | system/core/init/init.c | 打开基本输入、输出设备 |
| log_init | system/core/init/init.c | 初始化日志功能 |
| init_parse_config_file | system/core/init/ init_parser.c | 读取init.rc文件内容到内存数据区 |
| parse_config | system/core/init/ init_parser.c | 识别init.rc文件中的 Section（service and action series ）和Text |
| parse_new_section | system/core/init/ init_parser.c | 识别section类别 |
| parse_service | system/core/init/ init_parser.c | 对service section第一行进行分析 |
| parse_line_service | system/core/init/ init_parser.c | 对service section的option选项进行分析 |
| parse_action | system/core/init/ init_parser.c | 对action section第一行进行分析 |
| parse_line_action | system/core/init/ init_parser.c | 对action section的每一行独立的命令进行分析 |
| action_for_each_trigger | system/core/init/ init_parser.c | 触发某个action的执行 |
| action_add_queue_tail | system/core/init/ init_parser.c | 将某个action的从action_list加到action_queue |
| execute_one_command | system/core/init/init.c | 执行当前action的一个command |
| action_remove_queue_head | system/core/init/ init_parser.c | 从action_queue链表上移除头结点(action) |
| do_class_start | system/core/init/ builtins.c | class_start default对应的入口函数，主要用于启动native service |
| service_for_each_class | system/core/init/ init_parser.c | 遍历service_list链表上的所有结点 |
| service_start_if_not_disabled | system/core/init/ builtins.c | 判断service的flag是否disabled，如果不是，则调用相关函数，准备启动service |
| service_start | system/core/init/init.c | 启动service的主要入口函数，设置service数据结构的相关数据结构后，调用fork创建一个新的进行，然后调用execve执行新的service |
| fork | Lib function(ulibc) | 进程创建函数 |
| execve | Lib function(ulibc) | 调用执行新的service |
| poll | Lib function(ulibc) | 查询property_set_fd，signal_fd和keychord_fd文件句柄是否有服务请求 |
| handle_property_set_fd | system/core/init/property_service.c | 处理系统属性服务请求，如：service, wlan和dhcp等等 |
| handle_keychord | system/core/init/keycords.c | 处理注册在service structure上的keychord，通常是启动service |
| handle_signal | system/core/init/signal_handler.c | 处理SIGCHLD signal |
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