Android核心服务解析篇(三)——Android系统的启动（一）

从大的方面来说，Android系统的启动可以分为两个部分：第一部分是Linux核心的启动，第二部分是Android系统的启动。第一部分主要包括系统引导，核心和驱动程序等，由于它们不属于本篇要讲的内容，这里就不再讨论。在本篇博客中，我们重点讲解Android系统的启动，这一过程主要经过两个阶段，分别是应用的初始化流程与system_service进程及核心服务的创建流程。

1.初始化流程

初始化流程，顾名思义，它完成Android的一些初始化工作，包括设置必要的环境变量，启动必要的服务进程，挂载必要的设备等，而这些工作将会为整个Android打下坚实的基础。

①应用的初始化流程

在核心启动完成以后，将进入Android文件系统及应用的初始化流程，此时将会转向执行init.c中的main()函数（路径：/system/core/init/init.c），该函数的执行流程如下图所示：

下面我们了解一下上图中的注解

注解1：/dev表示设备文件系统或者udev挂载点，/proc用来挂载存放系统过程性信息的虚拟文件系统，/sys用于挂载“sysfs文件系统”。由于前面调用了umask（0），因此mkdir（“/dev”，0755）得到的权限应该是0755.

注解2：init.rc的解析结果是形成action_list（on关键字相关的部分），service_list（service_关键字相关的部分）以及action_queue（需要执行的命令或服务），以便后续流程使用。

注解3：解析/proc/cmdline文件，将其中的属性导入Android系统全局变量。

注解4：

Ⅰget_hardware_name()方法用于解析/proc/cpuinfo文件获取硬件信息，并用于拼接成一个init.<hardware_name>.rc文件，继续解析。

Ⅱ在解析init.rc文件的过程中，系统会根据该文件的内容形成一些需要命令，动作或者触发器的列表并将这些存入在内在中，以便在必要的时候使用。不同的厂商可能根据不同的硬件需求定制不同的.rc文件，这些.rc文件的名称一般为“init.<hardware_name>.rc”，而解析这些.rc文件的结果同样也会形成一些命令，动作或者触发器的列表，而这些列表将会合并解析init.rc所得的命令和动作的列表中，并且形成最终需要执行的命令和动作。

注解5：添加顺序为：early-init下的所有动作,wait_for_coldboot_done_action，property_init_action，keychord_init_action，console_init_action,set_init_properties_action，init下的动作，property_service_init_action，signal_init_action，check_startup_action，early-boot下的所有动作，boot下的所有动作，queue_property_triggers_action。这些动作组成了开机过程中看到的设备的状态，比如开机动画等。

注解6：这里会启动执行设置属性，创建或挂载动作以及启动服务等操作。需要注意是的这里启动的服务包括最重要的servicemanager和zygote服务进程。

至此，init进程进入死循环中处理一些消息以等待命令的到来。在这个过程中，我们将要了解以下知识。

Ⅰ在init运行的过程中产生了许多服务，它们是整个Android的基础，分别是ueventd，console，adbd，servicemanager，vold，netd，debuggerd，ril-daemon，surfaceflinger，zygote，drm，media，bootanim，dbus，bluetoothd，installd，flash_recovery，racoon，mtpd，keystore和dumstate。

Ⅱ整个init的行为甚至整个Android核心的属性都受到启动脚本init.rc的影响。

下面我们就重点介绍zygote的启动行为，详细了解init.rc的语法。

②init.rc的用法

Android初始化语言由声明的4个类型组成，它们分别是动作（action），命令（command），服务（service），和选项（option），以#开头的行表示注释。动作和服务声明新的一节并且有唯一的名字，所有的命令或者选项属于最近声明的节。如果下一个动作或者服务的名字已存在（也就是重名），则它将作为错误被忽略。

Ⅰ动作

动作是命令序列，它有一个触发器，用于确定行动应在何时发生。当发生某一个事件时，它可以匹配到一个动作触发器，并且该动作会被添加到要执行队列的尾部（除非它已经在队列中了）。

队列中的每个动作是按顺序出列的，具体如下所示：

on early-init
write /proc/1/oom-adj -16
setcon u:r:init:s0
start ueventd

动作表现为以下的形式：

on <trigger>
<command>
<command>
<command>
.........

触发器是一些字符串，这些字符串可用于匹配一定类型的事件，并且用于触发动作。下表罗列了一些触发器的定义。

Ⅱ命令

命令是组成动作的成员，也就是说，动作由一个个命令组成。下表罗列了动作支持的命令。

在init.rc中，Android 定义了若干动作，并且这些动作用于完成Android的初始化工作。下面以其中一个动作的配置来说明一下：

on fs
mount yaffs2 mtd@system /system
mount yaffs2 mtd@system /system ro remount
mount yaffs2 mtd@userdata /data nosuid nodev
mount yaffs2 mtd@cache /cache nosuid nodev

这个例子配置了一个触发器为fs的动作，它由4条命令组成，这4条命令都使用mount命令挂载设备。

Ⅲ服务

服务是一些程序，当它们退出的时候，init启动并且（选择性地）重新启动。服务表现为以下形式：

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

其中各个参数的含义如下所示：

❶<name>：为服务指定一个名字。

❷<pathname>：指定服务需要执行的文件路径。

❸[<argument>]*：启动服务所需要的参数，参数个数可以是0个或者多个。

Ⅳ选项

选项是服务的修改器，可以影响如何以及何时初始化运行服务。下表罗列了选项列表。

下面以init.rc文件中的配置为例简要说明一个服务的配置：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin -zygote
--start-system-server
class main
socket zygote stream 666
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart media 
onrestart restart netd

在上面代码中，第一行配置了一个名为zygote的服务，这个服务将会运行/system/bin/app_process，剩余部分为参数（以空格分割）。

剩下的几行代码声明了此服务的选项。这说明zygote是一个类型为main的服务（classmain）并且它会创建一个socket，这个socket的类型为stream，权限为666（socket zygote stream 666）。当重启此服务的时候，需要完成以下事情。

❶写/sys.android_power/request_state为wake

❷写/sys/power/state为on

❸重新启动media服务

❹重新启动netd服务

init.rc文件需要在init启动期被解析成系统可以识别的数据结构。前面我们读懂了init.rc的含义，下面我们就来看看init是如何保存和组织这些信息的，首先，我们来看看在init中如何表示动作，服务和命令，如下表所示：

最后，我们通过解析init.rc中的一个片段来说明解析过程。

开始解析之前，需要了解整个解析过程至关重要的一个数据结构，那就是parse_state,它保存了整个解析过程中所处的状态，下图显示了它的“成分”

<<struct>>
parse_state
+*ptr：char
+*text：char
+line：int
+nexttoken：int
+*context：void
+(*parse_line)(struct parse_state *state,int nargs,char **args)：void
+*filename：char

③用init解析整个init.rc文件

现在我们 回到init启动的初期，这里它调用了init_parse_config_file()方法，而这个方法就是解析init.rc文件的入口。用init解析整个init.rc文件的流程如下图所示。

下面我们了解一下上图中的注解、

注解1：state是一个被命名为parser_satte的结构体，用于保存当前文件的解析状态信息，包括解析的文件(filename)，当前解析的行号(line)，当前解析的文字指针(ptr)，指示下一个动作的变量(nexttoken)以及解析这一行需要的函数指针(parse_line)等。

注解2：next_token()函数位于/system/core/init/parse.c中，用于分析init.rc文件的内容。它只返回3个状态，分别是：T_EOF(文件结束)，T_NEWLINE(一行结束)和T_TEXT(表示遇到第一个空格)。

注解3：init.rc中每一行的信息通过空格被分割为若干段，而这些信息共同组成args[INIT_PARSER_MAXARGS]的内容，并由nargs计数。例如on fs经过解析后，这一行分为两段（分别是on和fs），分别存放在args中，计数器的值为2.。

注解4：init.rc的每一行经过分割后，需要分析其类型（由lookup_keyword返回）。/system/core/init/keywords.h中定义了所有关键字的类型。在片段KEYWORD(on,SECTION,0,0)中，on关键字是一个SECTION，有0个（也就是不需要）参数，没有对应的触发函数（也就是最后一个0）。

注解5：state.parse_line是一个函数的指针，可以根据关键字指向两种不同的解析方法——parse_line_service(处理服务的选项)和parse_line_action（处理行为的命令）。按照这个流程，init完成整个init.rc文件的解析，并生成service_list和action_list，后续流程所需要的信息将从这两个列表中获取，将需要执行的命令或启动的服务加入action_queue中，这样就完成了Android系统基础部分的启动。

在启动的过程中，需要特别注意的是，我们通过action_for_each_trigger()方法声明需要执行的命令队列，该方法的代码如下所示：

void action_for_each_trigger(const char * trigger,void (*func)(struct action *act)){
struct listnode * node；
struct action *act;
list_for_each(node,&action_list){
act=node_to_item(node,struct action,alist);
if(!strcmp(act->name,trigger)){
func(act)；
}
}
}

在上述代码中，list_for_each()用于遍历action_list中的每一个节点，返回节点在列表中的位置信息，然后通过node_to_item()方法生成一个action的信息，最后执行func()函数。

action_for_each_trigger()方法在init.rc中是这样调用的：

action_for_each_trigger(early-init,action_add_queue_tail);

它的含义是，在action_list中查找名字为early-init的节点，并将其信息通过action_add_queue_tail()方法加入action_queue队列的尾部。

然后在init的无限循环中遍历action_queue中的每一个节点，执行它们所包含的命令。

讲到这里，我们了解了init如何对待init.rc文件的内容。下面扩展一下知识，概要介绍一下Android系统中*.rc文件的关键字及其使用需求，如下表。如果你想修改或编写自己的.rc文件，那么请关注下表。