51CTO專(zhuān)家專(zhuān)欄 李洋談Android系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程剖析
原創(chuàng)【51CTO獨(dú)家特稿】李洋老師在前文中向我們介紹了“Android安全框架”和“Android系統(tǒng)及程序授權(quán)機(jī)制”。李洋老師將繼續(xù)介紹Android系統(tǒng)架構(gòu)的介紹——《Android系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程剖析》。
1. 系統(tǒng)啟動(dòng)流程簡(jiǎn)介
在Linux內(nèi)核啟動(dòng)后,init 1(1號(hào)進(jìn)程)將作為第一個(gè)用戶(hù)空間(Linux虛擬內(nèi)存的大小為232(在32位的x86機(jī)器上),內(nèi)核將這4G字節(jié)的空間分為兩部分。最高的1G字節(jié)供內(nèi)核使用,稱(chēng)為“內(nèi)核空間”。而較低的3G字節(jié)供各個(gè)進(jìn)程使用,稱(chēng)為“用戶(hù)空間”。)的進(jìn)程來(lái)啟動(dòng)Android系統(tǒng),該啟動(dòng)流程可以分為如下5個(gè)階段,如下圖:

(1) 啟動(dòng)準(zhǔn)備:該階段包括創(chuàng)建文件系統(tǒng)的基本目錄、打開(kāi)基本輸入、輸出設(shè)備,初始化日志功能等;
(2) 解析init.rc文件:該階段對(duì)init.rc腳本文件進(jìn)行解析,主要對(duì)Service(服務(wù))和Action(動(dòng)作)進(jìn)行解析。其中,Service由命令(Command)和一系列服務(wù)的附加內(nèi)容(Option,選項(xiàng))組成,如:“service vold /system/bin/vold”為一個(gè)Service,而“socket vold stream 0660 root mount“則為配合該服務(wù)使用的Option;Action則由一系列的命令組成,如:“on init mkdir /system”為系統(tǒng)初始化時(shí)建立系統(tǒng)文件夾的Action;
(3) 觸發(fā)需要執(zhí)行的action:Action需要在Triggers(觸發(fā)條件)中調(diào)用,本階段對(duì)需要執(zhí)行的Action進(jìn)行觸發(fā),并根據(jù)觸發(fā)條件將需要執(zhí)行的Action放入Action隊(duì)列;
(4) 執(zhí)行在action隊(duì)列中的命令:對(duì)上一階段觸發(fā)的Action以及Service進(jìn)行執(zhí)行。并在此過(guò)程中,派生了Zygote和Service Manager兩個(gè)非常重要的進(jìn)程;
(5) 循環(huán)處理事件:init進(jìn)程進(jìn)入無(wú)限循環(huán),處理設(shè)備插入/拔出,服務(wù)屬性狀態(tài)變化和signal事件等。
2. 源碼分析結(jié)果
對(duì)android-2.3.3_r1版本中的如下源碼文件進(jìn)行分析:
(1) init.c:路徑為system/core/init/init.c
(2) init_parser.c:路徑為system/core/init/ init_parser.c
(3) builtins.c:路徑為system/core/init/ builtins.c
(4) property_service.c:路徑為system/core/init/property_service.c
(5) keycords.c:路徑為system/core/init/keycords.c
(6) signal_handler.c:路徑為system/core/init/signal_handler.c
總結(jié)得出系統(tǒng)啟動(dòng)流程對(duì)應(yīng)的源代碼文件及函數(shù)如下(注:以下函數(shù)間的順序執(zhí)行關(guān)系使用“>”表示;函數(shù)間的調(diào)用執(zhí)行關(guān)系使用“à”表示)
2.1 第一階段(啟動(dòng)準(zhǔn)備)
具體的函數(shù)執(zhí)行過(guò)程如下:
| mkdir > mount > open_devnull_stdio > log_init | 
2.2 第二階段(解析init.rc文件)
具體的函數(shù)調(diào)用過(guò)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 第三階段(觸發(fā)需要執(zhí)行的action)
具體的調(diào)用過(guò)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 第四階段(執(zhí)行在action隊(duì)列中的命令)
具體的調(diào)用過(guò)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 第五階段(循環(huán)處理)
具體的循環(huán)處理過(guò)程如下:
- for (; ;) {
 - poll > handle_property_set_fd > handle_keychord > handle_signal
 - }
 
2.6 主要函數(shù)介紹
| 函數(shù)名 | 所在文件 | 功能概述 | 
| main | system/core/init/init.c | 1號(hào)進(jìn)程init的入口函數(shù)。主要分析init.rc配置文件,執(zhí)行基本的action和啟動(dòng)必備的native service,然后進(jìn)入一個(gè)infinite loop 處理來(lái)自property, signal的event | 
| mkdir | system/core/init/init.c | 建立文件系統(tǒng)的基本目錄 | 
| mount | system/core/init/init.c | 裝載文件系統(tǒng) | 
| open_devnull_stdio | system/core/init/init.c | 打開(kāi)基本輸入、輸出設(shè)備 | 
| log_init | system/core/init/init.c | 初始化日志功能 | 
| init_parse_config_file | system/core/init/ init_parser.c | 讀取init.rc文件內(nèi)容到內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū) | 
| parse_config | system/core/init/ init_parser.c | 識(shí)別init.rc文件中的 Section(service and action series )和Text | 
| parse_new_section | system/core/init/ init_parser.c | 識(shí)別section類(lèi)別 | 
| parse_service | system/core/init/ init_parser.c | 對(duì)service section第一行進(jìn)行分析 | 
| parse_line_service | system/core/init/ init_parser.c | 對(duì)service section的option選項(xiàng)進(jìn)行分析 | 
| parse_action | system/core/init/ init_parser.c | 對(duì)action section第一行進(jìn)行分析 | 
| parse_line_action | system/core/init/ init_parser.c | 對(duì)action section的每一行獨(dú)立的命令進(jìn)行分析 | 
| action_for_each_trigger | system/core/init/ init_parser.c | 觸發(fā)某個(gè)action的執(zhí)行 | 
| action_add_queue_tail | system/core/init/ init_parser.c | 將某個(gè)action的從action_list加到action_queue | 
| execute_one_command | system/core/init/init.c | 執(zhí)行當(dāng)前action的一個(gè)command | 
| action_remove_queue_head | system/core/init/ init_parser.c | 從action_queue鏈表上移除頭結(jié)點(diǎn)(action) | 
| do_class_start | system/core/init/ builtins.c | class_start default對(duì)應(yīng)的入口函數(shù),主要用于啟動(dòng)native service | 
| service_for_each_class | system/core/init/ init_parser.c | 遍歷service_list鏈表上的所有結(jié)點(diǎn) | 
| service_start_if_not_disabled | system/core/init/ builtins.c | 判斷service的flag是否disabled,如果不是,則調(diào)用相關(guān)函數(shù),準(zhǔn)備啟動(dòng)service | 
| service_start | system/core/init/init.c | 啟動(dòng)service的主要入口函數(shù),設(shè)置service數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后,調(diào)用fork創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)行,然后調(diào)用execve執(zhí)行新的service | 
| fork | Lib function(ulibc) | 進(jìn)程創(chuàng)建函數(shù) | 
| execve | Lib function(ulibc) | 調(diào)用執(zhí)行新的service | 
| poll | Lib function(ulibc) | 查詢(xún)property_set_fd,signal_fd和keychord_fd文件句柄是否有服務(wù)請(qǐng)求 | 
| handle_property_set_fd | system/core/init/property_service.c | 處理系統(tǒng)屬性服務(wù)請(qǐng)求,如:service, wlan和dhcp等等 | 
| handle_keychord | system/core/init/keycords.c | 處理注冊(cè)在service structure上的keychord,通常是啟動(dòng)service | 
| handle_signal | system/core/init/signal_handler.c | 處理SIGCHLD signal | 
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