【51CTO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》 。
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 |