Android 8.1 源码_启动篇（一） -- 深入研究 init

前言

init进程，它是一个由内核启动的用户级进程，当Linux内核启动之后，运行的第一个进程是init，这个进程是一个守护进程，确切的说，它是Linux系统中用户控件的第一个进程，所以它的进程号是1。它的生命周期贯穿整个linux 内核运行的始终， linux中所有其它的进程的共同始祖均为init进程。

开篇

核心源码

Android 版本	关键类	路径
8.1	init.rc	system/core/rootdir/init.rc
8.1	init.cpp	system/core/init/init.cpp
8.1	property_service.cpp	system/core/init/property_service.cpp
8.1	init_parser.h	system/core/init/init_parser.h
8.1	init_parser.cpp	system/core/init/init_parser.cpp
8.1	log.cpp	system/core/init/log.cpp
8.1	logging.cpp	system/core/base/logging.cpp
8.1	property_service.cpp	system/core/init/property_service.cpp
8.1	signal_handler.cpp	system/core/init/signal_handler.cpp
8.1	service.cpp	system/core/init/service.cpp
8.1	Action.cpp	system/core/init/Action.cpp
8.1	builtins.cpp	system/core/init/builtins.cpp

Android系统启动过程

1. 按下电源系统启动
    当电源按下时引导芯片代码开始从预定义的地方（固化在ROM）开始执行，加载引导程序Bootloader到RAM，然后执行。
2. 引导程序Bootloader
    引导程序是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，它的主要作用是把系统OS拉起来并运行。
3. linux内核启动
    内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表，加载驱动。当内核完成系统设置，它首先在系统文件中寻找”init”文件，然后启动root进程或者系统的第一个进程。
4. init进程启动
    ✨ 这就是我们接下来要讨论的内容 ✨

Read The Fucking Code

Android init进程的入口文件在system/core/init/init.cpp中，由于init是命令行程序，所以分析init.cpp首先应从main函数开始：

第一阶段（内核态）

判断及增加环境变量

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    //根据参数，判断是否需要启动ueventd和watchdogd
    if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {                                         // 启动ueventd
        return ueventd_main(argc, argv);
    }

    if (!strcmp(basename(argv[0]), "watchdogd")) {                                       // 启动watchdogd
        return watchdogd_main(argc, argv);
    }

    if (REBOOT_BOOTLOADER_ON_PANIC) {
        InstallRebootSignalHandlers();                                                   // 若紧急重启，则安装对应的消息处理器
    }

    add_environment("PATH", _PATH_DEFPATH);                                              // 添加环境变量
    ... ...
}

创建并挂载相关的文件系统

int main(int argc, char** argv) {
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    bool is_first_stage = (getenv("INIT_SECOND_STAGE") == nullptr);                      

    if (is_first_stage) {                                                                // 判断是否是系统启动的第一阶段（第一次进入：true）    
        boot_clock::time_point start_time = boot_clock::now();                           // 用于记录启动时间
        
        // Clear the umask.
        umask(0);                                                                        // 清除屏蔽字(file mode creation mask)，保证新建的目录的访问权限不受屏蔽字影响

        // Get the basic filesystem setup we need put together in the initramdisk
        // on / and then we'll let the rc file figure out the rest.
        mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");                         // 挂载tmpfs文件系统 
        mkdir("/dev/pts", 0755);
        mkdir("/dev/socket", 0755);
        mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);                                  // 挂载devpts文件系统 
        #define MAKE_STR(x) __STRING(x)
        mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC));      // 挂载proc文件系统
        
        // Don't expose the raw commandline to unprivileged processes.
        chmod("/proc/cmdline", 0440);                                                    // 8.0新增, 收紧了cmdline目录的权限

        gid_t groups[] = { AID_READPROC };                                               // 8.0新增，增加了个用户组
        setgroups(arraysize(groups), groups);       

        mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);                                        // 挂载sysfs文件系统 
        
        mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL);                     // 8.0新增

        mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11));                              // 提前创建了kmsg设备节点文件，用于输出log信息
        mknod("/dev/random", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 8));
        mknod("/dev/urandom", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 9));
        
        ... ...
    }

如上所示，该部分主要用于创建和挂载启动所需的文件目录。需要注意的是，在编译Android系统源码时，在生成的根文件系统中， 并不存在这些目录，它们是系统运行时的目录，即当系统终止时，就会消失。

四类文件系统：

tmpfs：一种虚拟内存文件系统，它会将所有的文件存储在虚拟内存中，如果你将tmpfs文件系统卸载后，那么其下的所有的内容将不复存在。tmpfs既可以使用RAM，也可以使用交换分区，会根据你的实际需要而改变大小。tmpfs的速度非常惊人，毕竟它是驻留在RAM中的，即使用了交换分区，性能仍然非常卓越。由于tmpfs是驻留在RAM的，因此它的内容是不持久的。断电后，tmpfs的内容就消失了，这也是被称作tmpfs的根本原因。

devpts：为伪终端提供了一个标准接口，它的标准挂接点是/dev/ pts。只要pty的主复合设备/dev/ptmx被打开，就会在/dev/pts下动态的创建一个新的pty设备文件。

proc：一个非常重要的虚拟文件系统，它可以看作是内核内部数据结构的接口，通过它我们可以获得系统的信息，同时也能够在运行时修改特定的内核参数。

sysfs：与proc文件系统类似，也是一个不占有任何磁盘空间的虚拟文件系统。它通常被挂接在/sys目录下。sysfs文件系统是Linux2.6内核引入的，它把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，使得它们可以在用户空间存取。

重定向输入输出/内核Log系统

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建并挂载相关的文件系统 */
    if (is_first_stage) {
        ... ...
        // Now that tmpfs is mounted on /dev and we have /dev/kmsg, we can actually
        // talk to the outside world...
        InitKernelLogging(argv);
        ... ...
    }
    ... ...

屏蔽标准的输入输出

跟踪InitKernelLogging()： system/core/init/log.cpp

void InitKernelLogging(char* argv[]) {
    // Make stdin/stdout/stderr all point to /dev/null.
    int fd = open("/sys/fs/selinux/null", O_RDWR);
    if (fd == -1) {                                                  // 若开启失败，则记录log
        int saved_errno = errno;
        android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);
        errno = saved_errno;
        PLOG(FATAL) << "Couldn't open /sys/fs/selinux/null";             
    }
    dup2(fd, 0);                                                     // dup2函数的作用是用来复制一个文件的描述符， 通常用来重定向进程的stdin、stdout和stderr
    dup2(fd, 1);                                                     // 它的函数原形是：int dup2(int oldfd, int targetfd)，该函数执行后，targetfd将变成oldfd的复制品
    dup2(fd, 2);                                                     // 因此这边的过程其实就是：创建出__null__设备后，将0、1、2绑定到__null__设备上
    if (fd > 2) close(fd);                                           // 所以init进程调用InitKernelLogging函数后，通过标准的输入输出无法输出信息

    android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);
}

设置kernel logger

跟踪InitLogging()：system/core/base/logging.cpp

// 设置KernelLogger
void InitLogging(char* argv[], LogFunction&& logger, AbortFunction&& aborter) {
  //设置logger
  SetLogger(std::forward<LogFunction>(logger));
  SetAborter(std::forward<AbortFunction>(aborter));

  if (gInitialized) {
    return;
  }

  gInitialized = true;

  // Stash the command line for later use. We can use /proc/self/cmdline on
  // Linux to recover this, but we don't have that luxury on the Mac/Windows,
  // and there are a couple of argv[0] variants that are commonly used.
  if (argv != nullptr) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(LoggingLock());
    ProgramInvocationName() = basename(argv[0]);
  }

  const char* tags = getenv("ANDROID_LOG_TAGS");
  if (tags == nullptr) {
    return;
  }

  // 根据TAG决定最小记录等级
  std::vector<std::string> specs = Split(tags, " ");
  for (size_t i = 0; i < specs.size(); ++i) {
    // "tag-pattern:[vdiwefs]"
    std::string spec(specs[i]);
    if (spec.size() == 3 && StartsWith(spec, "*:")) {
      switch (spec[2]) {
        case 'v':
          gMinimumLogSeverity = VERBOSE;
          continue;
        ... ...
      }
    }
    LOG(FATAL) << "unsupported '" << spec << "' in ANDROID_LOG_TAGS (" << tags
               << ")";
  }
}

当需要输出日志时，KernelLogger函数就会被调用：

#if defined(__linux__)
void KernelLogger(android::base::LogId, android::base::LogSeverity severity,
                  const char* tag, const char*, unsigned int, const char* msg) {
  ... ...

  // 打开log节点
  static int klog_fd = TEMP_FAILURE_RETRY(open("/dev/kmsg", O_WRONLY | O_CLOEXEC));
  if (klog_fd == -1) return;

  // 决定log等级
  int level = kLogSeverityToKernelLogLevel[severity];

  // The kernel's printk buffer is only 1024 bytes.
  // TODO: should we automatically break up long lines into multiple lines?
  // Or we could log but with something like "..." at the end?
  char buf[1024];
  size_t size = snprintf(buf, sizeof(buf), "<%d>%s: %s\n", level, tag, msg);
  if (size > sizeof(buf)) {
    size = snprintf(buf, sizeof(buf), "<%d>%s: %zu-byte message too long for printk\n",
                    level, tag, size);
  }

  iovec iov[1];
  iov[0].iov_base = buf;
  iov[0].iov_len = size;
  // 通过iovec将log发送到dev/kmsg
  TEMP_FAILURE_RETRY(writev(klog_fd, iov, 1));
}
#endif

挂在一些分区设备

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    if (is_first_stage) {                                                                
        ... ...
        // 挂载特定的分区设备
        if (!DoFirstStageMount()) {
            LOG(ERROR) << "Failed to mount required partitions early ...";
            panic();        // panic会尝试reboot
        }
    }
    ... ...

跟踪DoFirstStageMount()：system/core/init/init_first_stage.cpp

// Mounts partitions specified by fstab in device tree.
bool DoFirstStageMount() {
    // Skips first stage mount if we're in recovery mode.
    if (IsRecoveryMode()) {
        LOG(INFO) << "First stage mount skipped (recovery mode)";
        return true;
    }

    // Firstly checks if device tree fstab entries are compatible.
    if (!is_android_dt_value_expected("fstab/compatible", "android,fstab")) {
        LOG(INFO) << "First stage mount skipped (missing/incompatible fstab in device tree)";
        return true;
    }

    // 满足上述条件时，就会调用FirstStageMount的DoFirstStageMount函数
    std::unique_ptr<FirstStageMount> handle = FirstStageMount::Create();
    if (!handle) {
        LOG(ERROR) << "Failed to create FirstStageMount";
        return false;
    }
    
    // 主要是初始化特定设备并挂载
    return handle->DoFirstStageMount();
}

完成SELinux相关工作

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    if (is_first_stage) {                                                                
        ... ...

        // 此处应该是初始化安全框架：Android Verified Boot
        // AVB主要用于防止系统文件本身被篡改，还包含了防止系统回滚的功能，
        // 以免有人试图回滚系统并利用以前的漏洞
        SetInitAvbVersionInRecovery();

        // Set up SELinux, loading the SELinux policy.                                   
        selinux_initialize(true);                                                        // 调用selinux_initialize启动SELinux
        ... ...
    }
    ... ...

跟踪selinux_initialize()：

static void selinux_initialize(bool in_kernel_domain) {
    Timer t;

    selinux_callback cb;
    cb.func_log = selinux_klog_callback;               // 用于打印log的回调函数
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_LOG, cb);
    cb.func_audit = audit_callback;                    // 用于检查权限的回调函数
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_AUDIT, cb);

    // init进程的运行是区分用户态和内核态的，first_stage运行在内核态
    if (in_kernel_domain) {
        LOG(INFO) << "Loading SELinux policy";
        // 用于加载sepolicy文件
        // 该函数最终将sepolicy文件传递给kernel，这样kernel就有了安全策略配置文件，后续的MAC才能开展起来。
        if (!selinux_load_policy()) {
            panic();
        }

        bool kernel_enforcing = (security_getenforce() == 1);         // 内核中读取的信息
        bool is_enforcing = selinux_is_enforcing();                   // 命令行中得到的数据
        // 用于设置selinux的工作模式。selinux有两种工作模式：
        // 1、”permissive”，所有的操作都被允许（即没有MAC），但是如果违反权限的话，会记录日志
        // 2、”enforcing”，所有操作都会进行权限检查。在一般的终端中，应该工作于enforing模式
        if (kernel_enforcing != is_enforcing) {
            if (security_setenforce(is_enforcing)) {
                PLOG(ERROR) << "security_setenforce(%s) failed" << (is_enforcing ? "true" : "false");
                security_failure();                                   // 将重启进入recovery mode
            }
        }

        std::string err;
        if (!WriteFile("/sys/fs/selinux/checkreqprot", "0", &err)) {
            LOG(ERROR) << err;
            security_failure();
        }

        // init's first stage can't set properties, so pass the time to the second stage.
        setenv("INIT_SELINUX_TOOK", std::to_string(t.duration().count()).c_str(), 1);
    } else {
        selinux_init_all_handles();                                   // 在second stage调用时，初始化所有的handle
    }
}

is_first_stage 收尾

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    if (is_first_stage) {                                                                
        ... ...

        // We're in the kernel domain, so re-exec init to transition to the init domain now
        // that the SELinux policy has been loaded.
        if (selinux_android_restorecon("/init", 0) == -1) {                              // 按selinux policy要求，重新设置init文件属性
            PLOG(ERROR) << "restorecon failed";
            security_failure();                                                          // 失败的话会reboot
        }
        
        static constexpr uint32_t kNanosecondsPerMillisecond = 1e6;
        uint64_t start_ms = start_time.time_since_epoch().count() / kNanosecondsPerMillisecond;
        setenv("INIT_STARTED_AT", std::to_string(start_ms).c_str(), 1);                  // 记录初始化时的时间

        char* path = argv[0];
        char* args[] = { path, nullptr };
        execv(path, args);                                                               // 再次调用init的main函数，启动用户态的init进程

        // execv() only returns if an error happened, in which case we
        // panic and never fall through this conditional.
        PLOG(ERROR) << "execv(\"" << path << "\") failed";
        security_failure();                                                              // 内核态的进程不应该退出，若退出则会重启
    }
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    ... ...
}

上面所有的源码我们都是围绕第一阶段分析（is_first_stage），自此第一阶段结束，会复位一些信息，并设置一些环境变量，最后启动用户态的init进程，进入init第二阶段。

第二阶段（用户态）

init进程的第二阶段仍然从main函数开始入手（继续分析main函数剩余源码）

初始化属性域

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */

    // 同样进行一些判断及环境变量设置的工作
    
    ... ...

    // 现在 is_first_stage 为 false 了
    bool is_first_stage = (getenv("INIT_SECOND_STAGE") == nullptr);

    // 这部分工作不再执行了
    if (is_first_stage) {
        ...........
    }

    // At this point we're in the second stage of init.
    InitKernelLogging(argv);                       // 同样屏蔽标准输入输出及定义Kernel logger
    LOG(INFO) << "init second stage started!";

    // Set up a session keyring that all processes will have access to. It
    // will hold things like FBE encryption keys. No process should override
    // its session keyring.
    keyctl_get_keyring_ID(KEY_SPEC_SESSION_KEYRING, 1);      // 最后调用syscall，设置安全相关的值
    
    // Indicate that booting is in progress to background fw loaders, etc.
    close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000));         // 这里的功能类似于“锁”
    
    ... ...
    property_init();                               // 初始化属性域 --> 定义于system/core/init/property_service.cpp
    
    // If arguments are passed both on the command line and in DT,
    // properties set in DT always have priority over the command-line ones.
    process_kernel_dt();
    process_kernel_cmdline();                      // 处理内核命令

    // Propagate the kernel variables to internal variables
    // used by init as well as the current required properties.
    export_kernel_boot_props();

    // Make the time that init started available for bootstat to log.
    property_set("ro.boottime.init", getenv("INIT_STARTED_AT"));
    property_set("ro.boottime.init.selinux", getenv("INIT_SELINUX_TOOK"));

    // Set libavb version for Framework-only OTA match in Treble build.
    const char* avb_version = getenv("INIT_AVB_VERSION");
    if (avb_version) property_set("ro.boot.avb_version", avb_version);
    
    ... ...
}

这部分代码主要的工作应该就是调用 property_init 初始化属性域，然后设置各种属性。

在Android平台中，为了让运行中的所有进程共享系统运行时所需要的各种设置值，系统开辟了属性存储区域，并提供了访问该区域的API。

跟踪property_init()：system/core/init/property_service.cpp

void property_init() {
    if (__system_property_area_init()) {                   // 最终调用_system_property_area_init函数初始化属性域
        LOG(ERROR) << "Failed to initialize property area";
        exit(1);
    }
}

清空环境变量

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    // Clean up our environment.
    unsetenv("INIT_SECOND_STAGE");
    unsetenv("INIT_STARTED_AT");                 // 清除掉之前使用过的环境变量
    unsetenv("INIT_SELINUX_TOOK");
    unsetenv("INIT_AVB_VERSION");
    ... ...
}

完成SELinux相关工作

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    /* 02. 清空环境变量 */
    // Now set up SELinux for second stage.
    selinux_initialize(false);
    selinux_restore_context();                   // 再次完成selinux相关的工作

我们发现在init进程的第一阶段，也调用了selinux_initialize函数，那么两者有什么区别？
init进程第一阶段主要加载selinux相关的策略，而第二阶段调用selinux_initialize仅仅注册一些处理器。

我们跟下selinux_initialize()：

static void selinux_initialize(bool in_kernel_domain) {
    Timer t;

    selinux_callback cb;
    cb.func_log = selinux_klog_callback;
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_LOG, cb);
    cb.func_audit = audit_callback;
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_AUDIT, cb);

    if (in_kernel_domain) {
        ... ...                              // 这边就是第一阶段的工作
    } else {
        selinux_init_all_handles();          // 这边就是第二阶段的工作：注册处理器
    }
}

再来看一下selinux_restore_context()：主要是按 selinux policy 要求，重新设置一些文件的属性。

// The files and directories that were created before initial sepolicy load or
// files on ramdisk need to have their security context restored to the proper
// value. This must happen before /dev is populated by ueventd.
// 如注释所述，以下文件在selinux被加载前就创建了
// 于是，在selinux启动后，需要重新设置一些属性
static void selinux_restore_context() {
    LOG(INFO) << "Running restorecon...";
    selinux_android_restorecon("/dev", 0);
    selinux_android_restorecon("/dev/kmsg", 0);
    selinux_android_restorecon("/dev/socket", 0);
    selinux_android_restorecon("/dev/random", 0);
    selinux_android_restorecon("/dev/urandom", 0);
    selinux_android_restorecon("/dev/__properties__", 0);

    selinux_android_restorecon("/plat_file_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/nonplat_file_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/plat_property_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/nonplat_property_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/plat_seapp_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/nonplat_seapp_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/plat_service_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/nonplat_service_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/plat_hwservice_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/nonplat_hwservice_contexts", 0);
    selinux_android_restorecon("/sepolicy", 0);
    selinux_android_restorecon("/vndservice_contexts", 0);

    selinux_android_restorecon("/dev/block", SELINUX_ANDROID_RESTORECON_RECURSE);
    selinux_android_restorecon("/dev/device-mapper", 0);

    selinux_android_restorecon("/sbin/mke2fs_static", 0);
    selinux_android_restorecon("/sbin/e2fsdroid_static", 0);
}

创建epoll句柄

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    /* 02. 清空环境变量 */
    /* 03. 完成SELinux相关工作 */
    epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);       // 调用epoll_create1创建epoll句柄
    if (epoll_fd == -1) {
        PLOG(ERROR) << "epoll_create1 failed";
        exit(1);
    }
    ... ...
}

在linux的网络编程中，很长的时间都在使用 select 来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是 epoll。
相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的 select 实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。

epoll机制一般使用epoll_create(int size)函数创建epoll句柄，size用来告诉内核这个句柄可监听的fd的数目。
注意这个参数不同于select()中的第一个参数，在select中需给出最大监听数加1的值。

此外，当创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，能够看到创建出的fd，因此在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。
上述代码使用的epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC)来创建epoll句柄，该标志位表示生成的epoll fd具有“执行后关闭”特性。

装载子进程信号处理器

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    /* 02. 清空环境变量 */
    /* 03. 完成SELinux相关工作 */
    /* 04. 创建epoll句柄 */
    signal_handler_init();                         // 装载子进程信号处理器
}

init是一个守护进程，为了防止init的子进程成为僵尸进程(zombie process)，需要init在子进程在结束时获取子进程的结束码，通过结束码将程序表中的子进程移除，防止成为僵尸进程的子进程占用程序表的空间（程序表的空间达到上限时，系统就不能再启动新的进程了，会引起严重的系统问题）。

在linux当中，父进程是通过捕捉 SIGCHLD 信号来得知子进程运行结束的情况，此处init进程调用 signal_handler_init 的目的就是捕获子进程结束的信号。

我们跟踪下signal_handler_init()：

void signal_handler_init() {
    // Create a signalling mechanism for SIGCHLD.
    int s[2];
    // 利用socketpair创建出已经连接的两个socket，分别作为信号的读、写端
    if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC, 0, s) == -1) {
        PLOG(ERROR) << "socketpair failed";
        exit(1);
    }

    signal_write_fd = s[0];
    signal_read_fd = s[1];

    // Write to signal_write_fd if we catch SIGCHLD.
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));

    // 信号处理器对应的执行函数为SIGCHLD_handler
    // 被存在sigaction结构体中，负责处理SIGCHLD消息
    act.sa_handler = SIGCHLD_handler;
    act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP;
    
    // 调用信号安装函数sigaction，将监听的信号及对应的信号处理器注册到内核中
    sigaction(SIGCHLD, &act, 0);

    // 用于终止出现问题的子进程
    ServiceManager::GetInstance().ReapAnyOutstandingChildren();

    // 注册信号处理函数handle_signal
    register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal);
}

在深入分析代码前，我们需要了解一些基本概念：Linux进程通过互相发送消息来实现进程间的通信，这些消息被称为“信号”。每个进程在处理其它进程发送的信号时都要注册处理者，处理者被称为信号处理器。

注意到sigaction结构体的sa_flags为SA_NOCLDSTOP。由于系统默认在子进程暂停时也会发送信号SIGCHLD，init需要忽略子进程在暂停时发出的SIGCHLD信号，因此将act.sa_flags 置为SA_NOCLDSTOP，该标志位表示仅当进程终止时才接受SIGCHLD信号。

接下来，我们分步骤详细了解一下signal_handler_init具体的工作流程。

SIGCHLD_handler

// system/core/init/signal_handler.cpp
static void SIGCHLD_handler(int) {
    if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(signal_write_fd, "1", 1)) == -1) {
        PLOG(ERROR) << "write(signal_write_fd) failed";
    }
}

从上面代码我们知道，init进程是所有进程的父进程，当其子进程终止产生SIGCHLD信号时，SIGCHLD_handler将对signal_write_fd执行写操作。由于socketpair的绑定关系，这将触发信号对应的signal_read_fd收到数据。

register_epoll_handler

根据前文的代码我们知道，在装载信号监听器的最后，signal_handler_init调用了register_epoll_handler，其代码如下所示，注意传入的参数分别为signal_read_fd和handle_signal：

// system/core/init/init.cpp
void register_epoll_handler(int fd, void (*fn)()) {
    epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.ptr = reinterpret_cast<void*>(fn);
    // epoll_fd增加一个监听对象fd,fd上有数据到来时，调用fn处理
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1) {
        PLOG(ERROR) << "epoll_ctl failed";
    }
}

根据代码不难看出：当epoll句柄监听到signal_read_fd中有数据可读时，将调用handle_signal进行处理。

至此，结合上文我们知道：当init进程调用signal_handler_init后，一旦收到子进程终止带来的SIGCHLD消息后，将利用信号处理者SIGCHLD_handler向signal_write_fd写入信息；由于绑定的关系，epoll句柄将监听到signal_read_fd收到消息，于是将调用handle_signal进行处理。

handle_signal

// system/core/init/signal_handler.cpp
static void handle_signal() {
    // Clear outstanding requests.
    char buf[32];
    read(signal_read_fd, buf, sizeof(buf));

    ServiceManager::GetInstance().ReapAnyOutstandingChildren();
}

从代码中可以看出，handle_signal只是清空signal_read_fd中的数据，然后调用ServiceManager::GetInstance().ReapAnyOutstandingChildren()。

ServiceManager定义于 system/core/init/service.cpp 中，是一个单例对象：

... ...

ServiceManager::ServiceManager() {
}

ServiceManager& ServiceManager::GetInstance() {
    static ServiceManager instance;
    return instance;
}

... ...

void ServiceManager::ReapAnyOutstandingChildren() {
    while (ReapOneProcess()) {
    }
}

... ...

如上所示，ReapAnyOutstandingChildren函数实际上调用了ReapOneProcess。我们结合代码，看看ReapOneProcess的具体工作。

bool ServiceManager::ReapOneProcess() {
    siginfo_t siginfo = {};
    // This returns a zombie pid or informs us that there are no zombies left to be reaped.
    // It does NOT reap the pid; that is done below.
    //用waitid函数获取状态发生变化的子进程pid
    //waitid的标记为WNOHANG，即非阻塞，返回为正值就说明有进程挂掉了
    if (TEMP_FAILURE_RETRY(waitid(P_ALL, 0, &siginfo, WEXITED | WNOHANG | WNOWAIT)) != 0) {
        PLOG(ERROR) << "waitid failed";
        return false;
    }

    auto pid = siginfo.si_pid;
    if (pid == 0) return false;

    // At this point we know we have a zombie pid, so we use this scopeguard to reap the pid
    // whenever the function returns from this point forward.
    // We do NOT want to reap the zombie earlier as in Service::Reap(), we kill(-pid, ...) and we
    // want the pid to remain valid throughout that (and potentially future) usages.
    auto reaper = make_scope_guard([pid] { TEMP_FAILURE_RETRY(waitpid(pid, nullptr, WNOHANG)); });

    if (PropertyChildReap(pid)) {
        return true;
    }

    // 利用FindServiceByPid函数，找到pid对应的服务
    // FindServiceByPid主要通过轮询解析init.rc生成的service_list，找到pid与参数一致的srvc
    Service* svc = FindServiceByPid(pid);

    ... ...                             // 输出服务结束的原因
    
    if (!svc) {                         // 没有找到，说明已经结束了
        return true;
    }

    svc->Reap();

    // 根据svc的类型，决定后续的处理方式
    if (svc->flags() & SVC_EXEC) {
        exec_waiter_.reset();           // 可执行服务则重置对应的waiter
    }
    if (svc->flags() & SVC_TEMPORARY) {
        RemoveService(*svc);            // 移除临时服务
    }

    return true;
}

Reap

void Service::Reap() {
    // 清理未携带SVC_ONESHOT 或 携带了SVC_RESTART标志的srvc的进程组
    if (!(flags_ & SVC_ONESHOT) || (flags_ & SVC_RESTART)) {
        KillProcessGroup(SIGKILL);
    }

    // Remove any descriptor resources we may have created.
    // 清除srvc中创建出的任意描述符
    std::for_each(descriptors_.begin(), descriptors_.end(),
                  std::bind(&DescriptorInfo::Clean, std::placeholders::_1));

    // 清理工作完毕后，后面决定是否重启机器或重启服务
    // TEMP服务不用参与这种判断
    if (flags_ & SVC_TEMPORARY) {
        return;
    }

    pid_ = 0;
    flags_ &= (~SVC_RUNNING);

    // Oneshot processes go into the disabled state on exit,
    // except when manually restarted.
    // 对于携带了SVC_ONESHOT并且未携带SVC_RESTART的srvc，将这类服务的标志置为SVC_DISABLED，不再自启动
    if ((flags_ & SVC_ONESHOT) && !(flags_ & SVC_RESTART)) {
        flags_ |= SVC_DISABLED;
    }

    // Disabled and reset processes do not get restarted automatically.
    if (flags_ & (SVC_DISABLED | SVC_RESET))  {
        NotifyStateChange("stopped");
        return;
    }

    // If we crash > 4 times in 4 minutes, reboot into recovery.
    boot_clock::time_point now = boot_clock::now();
    
    // 未携带SVC_RESTART的关键服务，在规定的间隔内，crash字数过多时，会导致整机重启；
    if ((flags_ & SVC_CRITICAL) && !(flags_ & SVC_RESTART)) {
        if (now < time_crashed_ + 4min) {
            if (++crash_count_ > 4) {
                LOG(ERROR) << "critical process '" << name_ << "' exited 4 times in 4 minutes";
                panic();
            }
        } else {
            time_crashed_ = now;
            crash_count_ = 1;
        }
    }

    // 将待重启srvc的标志位置为SVC_RESTARTING（init进程将根据该标志位，重启服务）
    flags_ &= (~SVC_RESTART);
    flags_ |= SVC_RESTARTING;

    // Execute all onrestart commands for this service.
    // 重启在init.rc文件中带有onrestart选项的服务
    onrestart_.ExecuteAllCommands();

    NotifyStateChange("restarting");
    return;
}

不难看出，Reap函数的主要作用就是清除问题进程相关的资源，然后根据进程对应的类型，决定是否重启机器或重启进程。

ExecuteAllCommands

我们在这一部分的最后，看看定义于system/core/init/Action.cpp中的ExecuteAllCommands函数：

void Action::ExecuteAllCommands() const {
    for (const auto& c : commands_) {
        ExecuteCommand(c);
    }
}

void Action::ExecuteCommand(const Command& command) const {
    android::base::Timer t;
    // 进程重启时，将执行对应的函数
    int result = command.InvokeFunc();

    // 打印log
    auto duration = t.duration();
    // Any action longer than 50ms will be warned to user as slow operation
    if (duration > 50ms || android::base::GetMinimumLogSeverity() <= android::base::DEBUG) {
        std::string trigger_name = BuildTriggersString();
        std::string cmd_str = command.BuildCommandString();

        LOG(INFO) << "Command '" << cmd_str << "' action=" << trigger_name << " (" << filename_
                  << ":" << command.line() << ") returned " << result << " took "
                  << duration.count() << "ms.";
    }
}

整个signal_handler_init的内容比较多，在此总结一下：signal_handler_init的本质就是监听子进程死亡的信息，然后进行对应的清理工作，并根据死亡进程的类型，决定是否需要重启进程或机器。

启动属性服务

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    /* 02. 清空环境变量 */
    /* 03. 完成SELinux相关工作 */
    /* 04. 创建epoll句柄 */
    /* 05. 装载子进程信号处理器 */
    property_load_boot_defaults();                 // 进程调用property_load_boot_defaults进行默认属性配置相关的工作
    export_oem_lock_status();                      // 最终就是决定"ro.boot.flash.locked"的值
    start_property_service();                      // 启动属性服务
    set_usb_controller();
    ... ...
}

老样子，这边我们跟踪几个重要的函数。

property_load_boot_defaults

void property_load_boot_defaults() {
    // 就是从各种路径读取默认配置
    // load_properties_from_file的基本操作就是read_file，然后解析并设置
    if (!load_properties_from_file("/system/etc/prop.default", NULL)) {
        // Try recovery path
        if (!load_properties_from_file("/prop.default", NULL)) {
            // Try legacy path
            load_properties_from_file("/default.prop", NULL);
        }
    }
    load_properties_from_file("/odm/default.prop", NULL);
    load_properties_from_file("/vendor/default.prop", NULL);

    update_sys_usb_config();          // 就是设置"persist.sys.usb.config"相关的配置
}

如代码所示，property_load_boot_defaults 实际上就是调用 load_properties_from_file 解析配置文件，然后根据解析的结果，设置系统属性。

start_property_service

void start_property_service() {
    property_set("ro.property_service.version", "2");

    // 创建了一个非阻塞socket
    property_set_fd = CreateSocket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK,
                                   false, 0666, 0, 0, nullptr, sehandle);
    if (property_set_fd == -1) {
        PLOG(ERROR) << "start_property_service socket creation failed";
        exit(1);
    }

    // 调用listen函数监听property_set_fd， 于是该socket变成一个server
    listen(property_set_fd, 8);

    // 监听server socket上是否有数据到来
    register_epoll_handler(property_set_fd, handle_property_set_fd);
}

init进程在共享内存区域中，创建并初始化属性域。其它进程可以访问属性域中的值，但更改属性值仅能在init进程中进行。这就是init进程调用start_property_service的原因。
其它进程修改属性值时，要预先向init进程提交值变更申请，然后init进程处理该申请，并修改属性值。在访问和修改属性时，init进程都可以进行权限控制。

匹配命令和函数之间对应关系

    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    /* 02. 清空环境变量 */
    /* 03. 完成SELinux相关工作 */
    /* 04. 创建epoll句柄 */
    /* 05. 装载子进程信号处理器 */
    /* 06. 启动属性服务*/
    const BuiltinFunctionMap function_map;         // system/core/init/builtins.cpp，定义Action中的function_map_为BuiltinFuntionMap
    Action::set_function_map(&function_map);       // 在Action中保存function_map对象，记录了命令与函数之间的对应关系
    /* 07. 匹配命令和函数之间对应关系 */
    /* ------------ 第二阶段 ------------ END ------------ */
    ... ...
}

至此，init进程的准备工作执行完毕， 接下来就要开始解析init.rc文件了。

第三阶段（init.rc）

解析init.rc

int main(int argc, char** argv) {
    /* ------------ 第一阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 判断及增加环境变量 */
    /* 02. 创建文件系统目录并挂载相关的文件系统 */
    /* 03. 重定向输入输出/内核Log系统 */
    /* 04. 挂在一些分区设备 */
    /* 05. 完成SELinux相关工作 */
    /* 06. is_first_stage 收尾 */
    /* ------------ 第一阶段 ------------- END ------------ */
    
    /* ------------ 第二阶段 ------------ BEGIN------------ */
    /* 01. 初始化属性域 */
    /* 02. 清空环境变量 */
    /* 03. 完成SELinux相关工作 */
    /* 04. 创建epoll句柄 */
    /* 05. 装载子进程信号处理器 */
    /* 06. 启动属性服务*/
    /* 07. 匹配命令和函数之间对应关系 */
    /* ------------ 第二阶段 ------------ END ------------ */
    
    /* ------------ 第三阶段 ----------- BEGIN------------ */
    ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
    ServiceManager& sm = ServiceManager::GetInstance();
    Parser& parser = Parser::GetInstance();                                          // 构造解析文件用的parser对象

    // 为一些类型的关键字，创建特定的parser
    parser.AddSectionParser("service", std::make_unique<ServiceParser>(&sm));        // 增加ServiceParser为一个section，对应name为service
    parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>(&am));              // 增加ActionParser为一个section，对应name为action
    parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>(&parser));      // 增加ActionParser为一个section，对应name为import
    
    std::string bootscript = GetProperty("ro.boot.init_rc", "");                     // 判断是否存在bootscript

    // 如果没有bootscript，则解析init.rc文件
    if (bootscript.empty()) {                                                        // 8.0引入
        parser.ParseConfig("/init.rc");                                              // 开始实际的解析过程
        parser.set_is_system_etc_init_loaded(
                parser.ParseConfig("/system/etc/init"));
        parser.set_is_vendor_etc_init_loaded(
                parser.ParseConfig("/vendor/etc/init"));
        parser.set_is_odm_etc_init_loaded(parser.ParseConfig("/odm/etc/init"));
    } else {
        // 若存在bootscript, 则解析bootscript
        parser.ParseConfig(bootscript);
        parser.set_is_system_etc_init_loaded(true);
        parser.set_is_vendor_etc_init_loaded(true);
        parser.set_is_odm_etc_init_loaded(true);
    }
    ... ...
}

如果没有定义bootScript，那么init进程还是会解析init.rc文件。init.rc文件是在init进程启动后执行的启动脚本，文件中记录着init进程需执行的操作。
此处解析函数传入的参数为“/init.rc”，解析的是运行时与init进程同在根目录下的init.rc文件。该文件在编译前，定义于system/core/rootdir/init.rc中。

✨ 继续往下分析main函数之前；
✨ 我们先了解一下init.rc是什么，然后分析下parser解析init.rc过程；
✨ 最后我们再继续跟源码！

init.rc配置文件

init.rc是一个配置文件，内部由Android初始化语言编写（Android Init Language）编写的脚本，主要包含五种类型语句：Action、Command、Service、Option 和 Import，在分析代码的过程中我们会详细介绍。

init.rc的配置代码在：system/core/rootdir/init.rc 中。

init.rc文件是在init进程启动后执行的启动脚本，文件中记录着init进程需执行的操作。

init.rc文件大致分为两大部分：

一部分是以“on”关键字开头的 动作列表（action list）：

on early-init                    // Action类型语句
    # Set init and its forked children's oom_adj.     // #：注释符号
    write /proc/1/oom_score_adj -1000
    ... ...
    # Shouldn't be necessary, but sdcard won't start without it. http://b/22568628.
    mkdir /mnt 0775 root system
    ... ...
    start ueventd

Action类型语句格式：

on <trigger> [&& <trigger>]*     // 设置触发器  
   <command>  
   <command>                     // 动作触发之后要执行的命令

另一部分是以“service”关键字开头的 服务列表（service list）： 如 Zygote

service ueventd /sbin/ueventd    // Service类型语句
    class core
    critical
    seclabel u:r:ueventd:s0

Service类型语句格式：

service <name> <pathname> [ <argument> ]*   // <service的名字><执行程序路径><传递参数>  
   <option>                                 // option是service的修饰词，影响什么时候、如何启动services  
   <option>  
   ...

借助系统环境变量或Linux命令，