Android的init过程(一)

本文使用的软件版本

Android:4.2.2

Linux内核:3.1.10

    在上一篇文章中介绍了init的初始化第一阶段,也就是处理各种属性。在本文将会详细分析init最重要的一环:解析init.rc文件。

init.rc文件并不是普通的配置文件,而是由一种被称为“Android初始化语言”(Android Init Language,这里简称为AIL)的脚本写成的文件。在了解init如何解析init.rc文件之前,先了解AIL非常必要,否则机械地分析init.c及其相关文件的源代码毫无意义。

     为了学习AIL,读者可以到自己Android手机的根目录寻找init.rc文件,最好下载到本地以便查看,如果有编译好的Android源代码,在out/target/product/generic/root目录也可找到init.rc文件。

AIL由如下4部分组成。

1.  动作(Actions)

2.  命令(Commands)

3. 服务(Services)

4.  选项(Options)

     这4部分都是面向行的代码,也就是说用回车换行符作为每一条语句的分隔符。而每一行的代码由多个符号(Tokens)表示。可以使用反斜杠转义符在Token中插入空格。双引号可以将多个由空格分隔的Tokens合成一个Tokens。如果一行写不下,可以在行尾加上反斜杠,来连接下一行。也就是说,可以用反斜杠将多行代码连接成一行代码。

     AIL的注释与很多Shell脚本一行,以#开头。

     AIL在编写时需要分成多个部分(Section),而每一部分的开头需要指定Actions或Services。也就是说,每一个Actions或Services确定一个Section。而所有的Commands和Options只能属于最近定义的Section。如果Commands和Options在第一个Section之前被定义,它们将被忽略。

Actions和Services的名称必须唯一。如果有两个或多个Action或Service拥有同样的名称,那么init在执行它们时将抛出错误,并忽略这些Action和Service。

下面来看看Actions、Services、Commands和Options分别应如何设置。

Actions的语法格式如下:

on          

也就是说Actions是以关键字on开头的,然后跟一个触发器,接下来是若干命令。例如,下面就是一个标准的Action

on boot    ifup lo    hostname localhost    domainname localdomain

其中boot是触发器,下面三行是command

那么init.rc到底支持哪些触发器呢?目前init.rc支持如下5类触发器。

1.  boot

   这是init执行后第一个被触发Trigger,也就是在 /init.rc被装载之后执行该Trigger

2.  =

   当属性被设置成时被触发。例如,

on property:vold.decrypt=trigger_reset_main

    class_reset main

3.  device-added-

    当设备节点被添加时触发

4.  device-removed-

   当设备节点被移除时添加

5. service-exited-

   会在一个特定的服务退出时触发

Actions后需要跟若干个命令,这些命令如下:

1.  exec [ ]*

  创建和执行一个程序()。在程序完全执行前,init将会阻塞。由于它不是内置命令,应尽量避免使用exec ,它可能会引起init执行超时。

    2.  export

在全局环境中将 变量的值设为。(这将会被所有在这命令之后运行的进程所继承)

3.  ifup

   启动网络接口

4.  import

   指定要解析的其他配置文件。常被用于当前配置文件的扩展

5.  hostname

   设置主机名

6.  chdir

   改变工作目录

7.  chmod

   改变文件的访问权限

8.  chown

   更改文件的所有者和组

9.  chroot

  改变处理根目录

10.  class_start

   启动所有指定服务类下的未运行服务。

11  class_stop

  停止指定服务类下的所有已运行的服务。

12.  domainname

   设置域名

13.  insmod

   加载指定的驱动模块

14.  mkdir [mode][owner] [group]

   创建一个目录 ,可以选择性地指定mode、owner以及group。如果没有指定,默认的权限为755,并属于root用户和 root组。

15. mount

[ ]*

   试图在目录

挂载指定的设备。 可以是mtd@name的形式指定一个mtd块设备。包括 "ro"、"rw"、"re

16.  setkey

   保留,暂时未用

17.  setprop

   将系统属性的值设为

18. setrlimit

   设置的rlimit (资源限制)

19.  start

   启动指定服务(如果此服务还未运行)。

20.stop

   停止指定服务(如果此服务在运行中)。

21. symlink

   创建一个指向的软连接

22. sysclktz

   设置系统时钟基准(0代表时钟滴答以格林威治平均时(GMT)为准)

23.  trigger

  触发一个事件。用于Action排队

24.  wait [ ]

等待一个文件是否存在,当文件存在时立即返回,或到指定的超时时间后返回,如果不指定,默认超时时间是5秒。

25. write [ ]*

指定的文件写入一个或多个字符串。  

Services (服务)是一个程序,他在初始化时启动,并在退出时重启(可选)。Services (服务)的形式如下:

service   [  ]*      

例如,下面是一个标准的Service用法

service servicemanager /system/bin/servicemanager    class core    user system    group system    critical    onrestart restart zygote    onrestart restart media    onrestart restart surfaceflinger    onrestart restart drm
Services的选项是服务的修饰符,可以影响服务如何以及怎样运行。服务支持的选项如下:

1.  critical

表明这是一个非常重要的服务。如果该服务4分钟内退出大于4次,系统将会重启并进入 Recovery (恢复)模式。

    2. disabled

 表明这个服务不会同与他同trigger (触发器)下的服务自动启动。该服务必须被明确的按名启动。

3.  setenv

在进程启动时将环境变量设置为

4.  socket [ [ ] ]

   Create a unix domain socketnamed /dev/socket/ and pass

   its fd to the launchedprocess.  must be"dgram", "stream" or "seqpacket".

   User and group default to0.

   创建一个unix域的名为/dev/socket/ 的套接字,并传递它的文件描述符给已启动的进程。 必须是 "dgram","stream" 或"seqpacket"。用户和组默认是0。

5.  user

在启动这个服务前改变该服务的用户名。此时默认为 root。

6.  group [ ]*

在启动这个服务前改变该服务的组名。除了(必需的)第一个组名,附加的组名通常被用于设置进程的补充组(通过setgroups函数),档案默认是root。

7.  oneshot

   服务退出时不重启。

8.  class

   指定一个服务类。所有同一类的服务可以同时启动和停止。如果不通过class选项指定一个类,则默认为"default"类服务。

9. onrestart

    当服务重启,执行一个命令(下详)。

     现在接着分析一下init是如何解析init.rc的。现在打开system/core/init/init.c文件,找到main函数。在上一篇文章中分析了main函数的前一部分(初始化属性、处理内核命令行等),现在找到init_parse_config_file函数,调用代码如下:

init_parse_config_file("/init.rc");

这个方法主要负责初始化和分析init.rc文件。init_parse_config_file函数在init_parser.c文件中实现,代码如下:

int init_parse_config_file(const char *fn){    char *data;    data = read_file(fn, 0);    if (!data) return -1;    /*  实际分析init.rc文件的代码  */    parse_config(fn, data);    DUMP();    return 0;}

      init_parse_config_file方法开始调用了read_file函数打开了/init.rc文件,并返回了文件的内容(char*类型),然后最核心的函数是parse_config。该函数也在init_parser.c文件中实现,代码如下:

static void parse_config(const char *fn, char *s){    struct parse_state state;    struct listnode import_list;    struct listnode *node;    char *args[INIT_PARSER_MAXARGS];    int nargs;    nargs = 0;    state.filename = fn;    state.line = 0;    state.ptr = s;    state.nexttoken = 0;    state.parse_line = parse_line_no_op;    list_init(&import_list);    state.priv = &import_list;    /*  开始获取每一个token,然后分析这些token,每一个token就是有空格、字表符和回车符分隔的字符串   */    for (;;) {        /*  next_token函数相当于词法分析器  */        switch (next_token(&state)) {        case T_EOF:  /*  init.rc文件分析完毕  */            state.parse_line(&state, 0, 0);            goto parser_done;        case T_NEWLINE:  /*  分析每一行的命令  */            /*  下面的代码相当于语法分析器  */            state.line++;            if (nargs) {                int kw = lookup_keyword(args[0]);                if (kw_is(kw, SECTION)) {                    state.parse_line(&state, 0, 0);                    parse_new_section(&state, kw, nargs, args);                } else {                    state.parse_line(&state, nargs, args);                }                nargs = 0;            }            break;        case T_TEXT:  /*  处理每一个token  */            if (nargs < INIT_PARSER_MAXARGS) {                args[nargs++] = state.text;            }            break;        }    }parser_done:    /*  最后处理由import导入的初始化文件  */    list_for_each(node, &import_list) {         struct import *import = node_to_item(node, struct import, list);         int ret;         INFO("importing '%s'", import->filename);         /*  递归调用  */          ret = init_parse_config_file(import->filename);         if (ret)             ERROR("could not import file '%s' from '%s'\n",                   import->filename, fn);    }}

       parse_config方法的代码就比较复杂了,现在先说说该方法的基本处理流程。首先会调用  list_init(&import_list)初始化一个链表,该链表是用于存储通过import语句导入的初始化文件名。然后开始开始在for循环中分析init.rc文件中的每一行代码。最后将init.rc文件分析完后,就会进入parser_done部分,并递归调用init_parse_config_file方法分析通过import导入的初始化文件。

      通过分析parse_config方法的原理,感觉也并不是很复杂。不过分析parse_config方法的具体代码,还需要点编译原理的知识(只是概念上的就可以)。在for循环中调用了一个next_token方法不断从init.rc文件中获取token。这里的token,就是一种编程语言的最小单元,也就是不可再分。例如,对于传统的编程语言,if、then等关键字、变量名等标识符都属于一个token。而对于init.rc文件来说,import、on、以及触发器的参数值,都属于一个token。

     一个完整的编译器(或解析器)最开始需要进行词法和语法分析,词法分析就是在源代码文件中挑出一个个的Token,也就是说,词法分析器的返回值是Token,而语法分析器的输入就是词法分析器的输出。也就是说,语法分析器需要分析一个个的token,而不是一个个的字符。由于init解析语言很简单,所以就将词法和语法分析器放到了一起。词法分析器就是next_token函数,而语法分析器就是T_NEWLINE分支中的代码。这些就清楚多了。现在先看看next_token函数(在parser.c文件中实现)是如何获取每一个token的。

int next_token(struct parse_state *state){    char *x = state->ptr;    char *s;    if (state->nexttoken) {        int t = state->nexttoken;        state->nexttoken = 0;        return t;    }    /*  在这里开始一个字符一个字符地分析  */    for (;;) {        switch (*x) {        case 0:            state->ptr = x;            return T_EOF;        case '\n':            x++;            state->ptr = x;            return T_NEWLINE;        case ' ':        case '\t':        case '\r':            x++;            continue;        case '#':            while (*x && (*x != '\n')) x++;            if (*x == '\n') {                state->ptr = x+1;                return T_NEWLINE;            } else {                state->ptr = x;                return T_EOF;            }        default:            goto text;        }    }textdone:    state->ptr = x;    *s = 0;    return T_TEXT;text:    state->text = s = x;textresume:    for (;;) {        switch (*x) {        case 0:            goto textdone;        case ' ':        case '\t':        case '\r':            x++;            goto textdone;        case '\n':            state->nexttoken = T_NEWLINE;            x++;            goto textdone;        case '"':            x++;            for (;;) {                switch (*x) {                case 0:                        /* unterminated quoted thing */                    state->ptr = x;                    return T_EOF;                case '"':                    x++;                    goto textresume;                default:                    *s++ = *x++;                }            }            break;        case '\\':            x++;            switch (*x) {            case 0:                goto textdone;            case 'n':                *s++ = '\n';                break;            case 'r':                *s++ = '\r';                break;            case 't':                *s++ = '\t';                break;            case '\\':                *s++ = '\\';                break;            case '\r':                    /* \   -> line continuation */                if (x[1] != '\n') {                    x++;                    continue;                }            case '\n':                    /* \  -> line continuation */                state->line++;                x++;                    /* eat any extra whitespace */                while((*x == ' ') || (*x == '\t')) x++;                continue;            default:                    /* unknown escape -- just copy */                *s++ = *x++;            }            continue;        default:            *s++ = *x++;        }    }    return T_EOF;}

      next_token函数的代码还是很多的,不过原理到很简单。就是逐一读取init.rc文件(还有import导入的初始化文件)的字符,并将由空格、“/t”和“/r”分隔的字符串挑出来,并通过state->text返回。如果返回了正常的token,next_token函数就返回T_TEXT。如果一行结束,就返回T_NEWLINE,如果init.rc文件的内容已读取完,就返回T_EOF。当返回T_NEWLINE时,开始语法分析(由于init初始化语言是基于行的,所以语言分析实际上就是分析init.rc文件的每一行,只是这些行已经被分解成一个个token了)。感兴趣的读者可以详细分析一下next_token函数的代码,尽管代码很多,但并不复杂。而且还很有意思。

      现在回到parse_config函数,先看一下T_TEXT分支。该分支将获得的每一行的token都存储在args数组中。现在来看T_NEWLINE分支。该分支的代码涉及到一个state.parse_line函数指针,该函数指针指向的函数负责具体的分析工作。但我们发现,一看是该函数指针指向了一个空函数parse_line_no_op,实际上,一开始该函数指针什么都不做,只是为了使该函数一开始不至于为null,否则调用出错。

     现在来回顾一下T_NEWLINE分支的完整代码。

case T_NEWLINE:    state.line++;    if (nargs) {        int kw = lookup_keyword(args[0]);        if (kw_is(kw, SECTION)) {            state.parse_line(&state, 0, 0);            parse_new_section(&state, kw, nargs, args);        } else {            state.parse_line(&state, nargs, args);        }        nargs = 0;    }    break;
    在上面的代码中首先调用了lookup_keyword方法搜索关键字。该方法的作用是判断当前行是否合法,也就是根据Init初始化语言预定义的关键字查询,如果未查到,返回K_UNKNOWN。lookup_keyword方法在init_parser.c文件中实现,代码如下:

int lookup_keyword(const char *s){    switch (*s++) {    case 'c':    if (!strcmp(s, "opy")) return K_copy;        if (!strcmp(s, "apability")) return K_capability;        if (!strcmp(s, "hdir")) return K_chdir;        if (!strcmp(s, "hroot")) return K_chroot;        if (!strcmp(s, "lass")) return K_class;        if (!strcmp(s, "lass_start")) return K_class_start;        if (!strcmp(s, "lass_stop")) return K_class_stop;        if (!strcmp(s, "lass_reset")) return K_class_reset;        if (!strcmp(s, "onsole")) return K_console;        if (!strcmp(s, "hown")) return K_chown;        if (!strcmp(s, "hmod")) return K_chmod;        if (!strcmp(s, "ritical")) return K_critical;        break;    case 'd':        if (!strcmp(s, "isabled")) return K_disabled;        if (!strcmp(s, "omainname")) return K_domainname;        break;     … …    case 'o':        if (!strcmp(s, "n")) return K_on;        if (!strcmp(s, "neshot")) return K_oneshot;        if (!strcmp(s, "nrestart")) return K_onrestart;        break;    case 'r':        if (!strcmp(s, "estart")) return K_restart;        if (!strcmp(s, "estorecon")) return K_restorecon;        if (!strcmp(s, "mdir")) return K_rmdir;        if (!strcmp(s, "m")) return K_rm;        break;    case 's':        if (!strcmp(s, "eclabel")) return K_seclabel;        if (!strcmp(s, "ervice")) return K_service;        if (!strcmp(s, "etcon")) return K_setcon;        if (!strcmp(s, "etenforce")) return K_setenforce;        if (!strcmp(s, "etenv")) return K_setenv;        if (!strcmp(s, "etkey")) return K_setkey;        if (!strcmp(s, "etprop")) return K_setprop;        if (!strcmp(s, "etrlimit")) return K_setrlimit;        if (!strcmp(s, "etsebool")) return K_setsebool;        if (!strcmp(s, "ocket")) return K_socket;        if (!strcmp(s, "tart")) return K_start;        if (!strcmp(s, "top")) return K_stop;        if (!strcmp(s, "ymlink")) return K_symlink;        if (!strcmp(s, "ysclktz")) return K_sysclktz;        break;    case 't':        if (!strcmp(s, "rigger")) return K_trigger;        break;    case 'u':        if (!strcmp(s, "ser")) return K_user;        break;    case 'w':        if (!strcmp(s, "rite")) return K_write;        if (!strcmp(s, "ait")) return K_wait;        break;    }    return K_UNKNOWN;}

     lookup_keyword方法按26个字母顺序(关键字首字母)进行处理。

     现在回到parse_config方法的T_NEWLIEN分支,接下来调用了kw_is宏具体判断当前行是否合法,该宏以及SECTION宏的定义如下。根据这些代码。明显是keyword_info数组中的某个元素的flags成员变量的值取最后一位。

#define SECTION 0x01#define kw_is(kw, type) (keyword_info[kw].flags & (type))

现在问题又转到keyword_info数组了。该数组也在init_parser.c文件中定义,代码如下:

#include "keywords.h"#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func) \    [ K_##symbol ] = { #symbol, func, nargs + 1, flags, },struct {    const char *name;    int (*func)(int nargs, char **args);    unsigned char nargs;    unsigned char flags;} keyword_info[KEYWORD_COUNT] = {    [ K_UNKNOWN ] = { "unknown", 0, 0, 0 },#include "keywords.h"};

       从表面上看,keyword_info数组是一个struct数组,但本质上,是一个map。为每一个数组元素设置了一个key,例如,数组元素{ "unknown", 0, 0,0 }的key是K_UNKNOWN,而#include “keywords.h”大有玄机。上面的代码中引用了两次keywords.h文件,现在可以看一下keywords.h文件的代码。

#ifndef KEYWORDint do_chroot(int nargs, char **args);… …int do_export(int nargs, char **args);int do_hostname(int nargs, char **args);int do_rmdir(int nargs, char **args);int do_loglevel(int nargs, char **args);int do_load_persist_props(int nargs, char **args);int do_wait(int nargs, char **args);#define __MAKE_KEYWORD_ENUM__/*"K_chdir", ENUM*/#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func) K_##symbol,enum {    K_UNKNOWN,#endif    KEYWORD(capability,  OPTION,  0, 0)    KEYWORD(chdir,       COMMAND, 1, do_chdir)    KEYWORD(chroot,      COMMAND, 1, do_chroot)    KEYWORD(class,       OPTION,  0, 0)    KEYWORD(class_start, COMMAND, 1, do_class_start)    KEYWORD(class_stop,  COMMAND, 1, do_class_stop)    KEYWORD(class_reset, COMMAND, 1, do_class_reset)    KEYWORD(console,     OPTION,  0, 0)    … …    KEYWORD(critical,    OPTION,  0, 0)    KEYWORD(load_persist_props,    COMMAND, 0, do_load_persist_props)    KEYWORD(ioprio,      OPTION,  0, 0)#ifdef __MAKE_KEYWORD_ENUM__    KEYWORD_COUNT,};#undef __MAKE_KEYWORD_ENUM__#undef KEYWORD#endif

      从keywords.h文件的代码可以看出,如果未定义KEYWORD宏,则在keywords.h文件中定义一个KEYWORD宏,以及一个枚举类型,其中K_##symbol的##表示连接的意思。而这个KEYWORD宏只用了第一个参数(symbol)。例如,KEYWORD(chdir,       COMMAND, 1, do_chdir)就会生成K_chdir。

     而在keyword_info结构体数组中再次导入keywords.h文件,这是KEYWORD宏已经在init_parser.c文件中重新定义,所以第一次导入keywords.h文件使用的是如下的宏。

#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func) \    [ K_##symbol ] = { #symbol, func, nargs + 1, flags, },
     这下就明白了,如果不使用keywords.h文件,直接将所有的代码都写到init_parser.c文件中,就会有下面的代码。

int do_chroot(int nargs, char **args);… …enum{K_UNKNOWN,K_ capability,K_ chdir,… …}#define KEYWORD(symbol, flags, nargs, func) \    [ K_##symbol ] = { #symbol, func, nargs + 1, flags, },struct {    const char *name;    int (*func)(int nargs, char **args);    unsigned char nargs;    unsigned char flags;} keyword_info[KEYWORD_COUNT] = {    [ K_UNKNOWN ] = { "unknown", 0, 0, 0 },    [K_ capability] = {" capability ", 0, 1, OPTION },    [K_ chdir] = {"chdir", do_chdir ,2, COMMAND},    … …#include "keywords.h"};
      可能我们还记着lookup_keyword方法,该方法的返回值就是keyword_info数组的key。

      在keywords.h前面定义的函数指针都是处理init.rc文件中service、action和command的。现在就剩下一个问题了,在哪里为这些函数指针赋值呢,也就是说,具体处理每个部分的函数在哪里呢。现在回到前面的语法分析部分。如果当前行合法,则会执行parse_new_section函数(在init_parser.c文件中实现),该函数将为section和action设置处理这两部分的函数。parse_new_section函数的代码如下:

void parse_new_section(struct parse_state *state, int kw,                       int nargs, char **args){    printf("[ %s %s ]\n", args[0],           nargs > 1 ? args[1] : "");    switch(kw) {    case K_service:  //  处理service        state->context = parse_service(state, nargs, args);        if (state->context) {            state->parse_line = parse_line_service;            return;        }        break;    case K_on:  //  处理action        state->context = parse_action(state, nargs, args);        if (state->context) {            state->parse_line = parse_line_action;            return;        }        break;    case K_import:   //  单独处理import导入的初始化文件。        parse_import(state, nargs, args);        break;    }    state->parse_line = parse_line_no_op;}

      现在看一下处理service的函数(parse_line_service)。

static void parse_line_service(struct parse_state *state, int nargs, char **args){    struct service *svc = state->context;    struct command *cmd;    int i, kw, kw_nargs;    if (nargs == 0) {        return;    }    svc->ioprio_class = IoSchedClass_NONE;    kw = lookup_keyword(args[0]);    //  下面处理每一个option    switch (kw) {    case K_capability:        break;    … …    case K_group:        if (nargs < 2) {            parse_error(state, "group option requires a group id\n");        } else if (nargs > NR_SVC_SUPP_GIDS + 2) {            parse_error(state, "group option accepts at most %d supp. groups\n",                        NR_SVC_SUPP_GIDS);        } else {            int n;            svc->gid = decode_uid(args[1]);            for (n = 2; n < nargs; n++) {                svc->supp_gids[n-2] = decode_uid(args[n]);            }            svc->nr_supp_gids = n - 2;        }        break;    case K_keycodes:        if (nargs < 2) {            parse_error(state, "keycodes option requires atleast one keycode\n");        } else {            svc->keycodes = malloc((nargs - 1) * sizeof(svc->keycodes[0]));            if (!svc->keycodes) {                parse_error(state, "could not allocate keycodes\n");            } else {                svc->nkeycodes = nargs - 1;                for (i = 1; i < nargs; i++) {                    svc->keycodes[i - 1] = atoi(args[i]);                }            }        }        break;        … …     }    ……}

      Action的处理方式与service类似,读者可以自行查看相应的函数代码。现在一切都清楚了。处理service的函数是parse_line_service,处理action的函数是parse_line_action。而前面的state.parse_line根据当前是service还是action,指向这两个处理函数中的一个,并执行相应的函数处理actioncommand和serviceoption。

     综合上述,实际上分析init.rc文件的过程就是通过一系列地处理,最终转换为通过parse_line_service或parse_line_action函数分析Init.rc文件中每一行的行为。

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