深刻分析Android中init過程完成的C說話源碼

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概述

init是一個過程，確實的說，它是Linux體系頂用戶空間的第一個過程。因為Android是基於Linux內核的，所以init也是Android體系頂用戶空間的第一個過程。init的過程號是1。作為天字第一號過程，init有許多主要的任務：

•     init供給property service（屬性辦事）來治理Android體系的屬性。
•     init擔任創立體系中的症結過程，包含zygote。

以往的文章一下去就引見init的源碼，然則我這裡先從這兩個重要任務開端。弄清晰這兩個重要任務是若何完成的，我們再回頭來看init的源碼。

這篇文章重要是引見init過程的屬性辦事。

    跟init屬性辦事相干的源碼目次以下：

    system/core/init/
    bionic/libc/bionic/
    system/core/libcutils/

屬性辦事

在windows平台上有一個叫做注冊表的器械，它可以存儲一些相似key/value的鍵值對。普通而言，體系或許某些運用法式會把本身的一些屬性存儲在注冊表中，即便體系重啟或運用法式重啟，它還能依據之前在注冊表中設置的屬性值，停止響應的初始化任務。

Android體系也供給了相似的機制，稱之為屬性辦事（property service）。運用法式可以經由過程這個辦事查詢或許設置屬性。我們可以經由過程以下敕令，獲得手機中屬性鍵值對。

adb shell getprop

例如紅米Note手機的屬性值以下：

[ro.product.device]: [lcsh92_wet_jb9]
[ro.product.locale.language]: [zh]
[ro.product.locale.region]: [CN]
[ro.product.manufacturer]: [Xiaomi]

在system/core/init/init.c文件的main函數中，跟屬性辦事的相干代碼以下：

property_init();
queue_builtin_action(property_service_init_action, "property_service_init");

接上去，我們分離看一下這兩處代碼的詳細完成。
屬性辦事初始化
創立存儲空間

起首，我們先來看一下property_init函數的源碼（/system/core/init/property_service.c）：

void property_init(void)
{
  init_property_area();
}

property_init函數中只是簡略的挪用了init_property_area辦法，接上去我們看一下這個辦法的詳細完成：

static int property_area_inited = 0;
static workspace pa_workspace;
static int init_property_area(void)
{
  // 屬性空間能否曾經初始化
  if (property_area_inited)
    return -1;

  if (__system_property_area_init())
    return -1;

  if (init_workspace(&pa_workspace, 0))
    return -1;

  fcntl(pa_workspace.fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);

  property_area_inited = 1;
  return 0;
}

從init_property_area函數，我們可以看出，函數起首斷定屬性內存區域能否曾經初始化過，假如曾經初始化，則前往-1。假如沒有初始化，我們接上去會發明有兩個症結函數__system_property_area_init和init_workspace應當是跟內存區域初始化相干。那我們分離剖析一下這兩個函數詳細完成。

__system_property_area_init

__system_property_area_init函數位於/bionic/libc/bionic/system_properties.c文件中，詳細代碼完成以下：

struct prop_area {
  unsigned bytes_used;
  unsigned volatile serial;
  unsigned magic;
  unsigned version;
  unsigned reserved[28];
  char data[0];
};
typedef struct prop_area prop_area;
prop_area *__system_property_area__ = NULL;

#define PROP_FILENAME "/dev/__properties__"
static char property_filename[PATH_MAX] = PROP_FILENAME; 

#define PA_SIZE (128 * 1024)


static int map_prop_area_rw()
{
  prop_area *pa;
  int fd;
  int ret;

  /**
   * O_RDWR ==> 讀寫
   * O_CREAT ==> 若不存在，則創立
   * O_NOFOLLOW ==> 假如filename是軟鏈接，則翻開掉敗
   * O_EXCL ==> 假如應用O_CREAT是文件存在，則可前往毛病信息
   */
  fd = open(property_filename, O_RDWR | O_CREAT | O_NOFOLLOW | O_CLOEXEC | O_EXCL, 0444);
  if (fd < 0) {
    if (errno == EACCES) {
      abort();
    }
    return -1;
  }

  ret = fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
  if (ret < 0)
    goto out;

  if (ftruncate(fd, PA_SIZE) < 0)
    goto out;

  pa_size = PA_SIZE;
  pa_data_size = pa_size - sizeof(prop_area);
  compat_mode = false;

  // mmap映照文件完成同享內存
  pa = mmap(NULL, pa_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
  if (pa == MAP_FAILED)
    goto out;

  /*初始化內存地址中一切值為0*/
  memset(pa, 0, pa_size);
  pa->magic = PROP_AREA_MAGIC;
  pa->version = PROP_AREA_VERSION;
  pa->bytes_used = sizeof(prop_bt);

  __system_property_area__ = pa;

  close(fd);
  return 0;

out:
  close(fd);
  return -1;
}

int __system_property_area_init()
{
  return map_prop_area_rw();
}

 
代碼比擬好懂得，重要內容是應用mmap映照property_filename創立了一個同享內存區域，並將同享內存的首地址賦值給全局變量__system_property_area__。

關於mmap映照文件完成同享內存IPC通訊機制，可以參考這篇文章：mmap完成IPC通訊機制
init_workspace

接上去，我們來看一下init_workspace函數的源碼（/system/core/init/property_service.c）：

typedef struct {
  void *data;
  size_t size;
  int fd;
}workspace;

static int init_workspace(workspace *w, size_t size)
{
  void *data;
  int fd = open(PROP_FILENAME, O_RDONLY | O_NOFOLLOW);
  if (fd < 0)
    return -1;

  w->size = size;
  w->fd = fd;
  return 0;
}

客戶端過程拜訪屬性內存區域

固然屬性內存區域是init過程創立的，然則Android體系願望其他過程也可以或許讀取這塊內存區域裡的內容。為了做到這一點，init過程在屬性區域初始化進程中做了以下兩項任務：

    把屬性內存區域創立在同享內存上，而同享內存是可以跨過程的。這一點，在上述代碼中是經由過程mmap映照/dev/__properties__文件完成的。pa_workspace變量中的fd成員也保留了映照文件的句柄。
    若何讓其他過程曉得這個同享內存句柄呢？Android先將文件映照句柄賦值給__system_property_area__變量，這個變量屬於bionic_lic庫中的輸入的一個變量，然後應用了gcc的constructor屬性，這個屬性指清楚明了一個__lib_prenit函數，當bionic_lic庫被加載時，將主動挪用__libc_prenit，這個函數外部完成同享內存到當地過程的映照任務。

只講道理是不可的，我們直接來看一下__lib_prenit函數代碼的相干完成：

void __attribute__((constructor)) __libc_prenit(void);
void __libc_prenit(void)
{
  // ...
  __libc_init_common(elfdata); // 挪用這個函數
  // ...
}


__libc_init_common函數為：

void __libc_init_common(uintptr_t *elfdata)
{
  // ...
  __system_properties_init(); // 初始化客戶真個屬性存儲區域
}

 
__system_properties_init函數有回到了我們熟習的/bionic/libc/bionic/system_properties.c文件：

static int get_fd_from_env(void)
{
  char *env = getenv("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE");

  if (! env) {
    return -1;
  }

  return atoi(env);
}

static int map_prop_area()
{
  bool formFile = true;
  int result = -1;
  int fd;
  int ret;

  fd = open(property_filename, O_RDONLY | O_NOFOLLOW | O_CLOEXEC);
  if (fd >= 0) {
    /* For old kernels that don't support O_CLOEXEC */
    ret = fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
    if (ret < 0)
      goto cleanup;
  }

  if ((fd < 0) && (error == ENOENT)) {
    fd = get_fd_from_env();
    fromFile = false;
  }

  if (fd < 0) {
    return -1;
  }

  struct stat fd_stat;
  if (fstat(fd, &fd_stat) < 0) {
    goto cleanup;
  }

  if ((fd_stat.st_uid != 0)
      || (fd_stat.st_gid != 0)
      || (fd_stat.st_mode & (S_IWGRP | S_IWOTH) != 0)
      || (fd_stat.st_size < sizeof(prop_area))) {
    goto cleanup;
  }

  pa_size = fd_stat.st_size;
  pa_data_size = pa_size - sizeof(prop_area);

  /* 
   * 映照init創立的屬性內存到當地過程空間，如許當地過程便可以應用這塊同享內存了。
   * 留意：映照時制訂了PROT_READ屬性，所以客戶端過程只能讀屬性，不克不及設置屬性。
   */
  prop_area *pa = mmap(NULL, pa_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);

  if (pa == MAP_FAILED) {
    goto cleanup;
  }

  if ((pa->magic != PROP_AREA_MAGIC) || (pa->version != PROP_AREA_VERSION && pa->version != PROP_AREA_VERSION_COMPAT)) {
    munmap(pa, pa_size);
    goto cleanup;
  }

  if (pa->version == PROP_AREA_VERSION_COMPAT) {
    compat_mode = true;
  }

  result = 0;

  __system_property_area__ = pa;
cleanup:
  if (fromFile) {
    close(fd);
  }

  return result;
}

int __system_properties_init()
{
  return map_prop_area();
}

經由過程對源碼的浏覽，可以發明，客戶端經由過程mmap映照，可以讀取屬性內存的內容，然則沒有權限設置屬性。那客戶端是若何設置屬性的呢？這就觸及到上面要將的屬性辦事器了。
屬性辦事器的剖析

init過程會啟動一個屬性辦事器，而客戶端只能經由過程與屬性辦事器的交互來設置屬性。
啟動屬性辦事器

先來看一部屬性辦事器的內容，它由property_service_init_action函數啟動，源碼以下（/system/core/init/init.c&&property_service.c）：

static int property_service_init_action(int nargs, char **args)
{
  start_property_service();
  return 0;
}

static void load_override_properties()
{
#ifdef ALLOW_LOCAL_PROP_OVERRIDE
  char debuggable[PROP_VALUE_MAX];
  int ret;

  ret = property_get("ro.debuggable", debuggable);
  if (ret && (strcmp(debuggable, "1") == 0)) {
    load_properties_from_file(PROP_PATH_LOCAL_OVERRIDE);
  }
#endif
}

static void load_properties(char *data)
{
  char *key, *value, *eol, *sol, *tmp;

  sol = data;
  while ((eol = strchr(sol, '\n'))) {
    key = sol;
    // 賦值下一行的指針給sol
    *eol ++ = 0;
    sol = eol;

    value = strchr(key, '=');
    if (value == 0) continue;
    *value++ = 0;

    while (isspace(*key)) key ++;
    if (*key == '#') continue;
    tmp = value - 2;
    while ((tmp > key) && isspace(*tmp)) *tmp-- = 0;

    while (isspace(*value)) value ++;
    tmp = eol - 2;
    while ((tmp > value) && isspace(*tmp)) *tmp-- = 0;

    property_set(key, value);
  }
}

int create_socket(const char *name, int type, mode_t perm, uid_t uid, gid_t gid)
{
  struct sockaddr_un addr;
  int fd, ret;
  char *secon;

  fd = socket(PF_UNIX, type, 0);
  if (fd < 0) {
    ERROR("Failed to open socket '%s': %s\n", name, strerror(errno));
    return -1;
  }

  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
  addr.sun_family = AF_UNIX;
  snprintf(addr.sun_path, sizeof(addr.sun_path), ANDROID_SOCKET_DIR"/%s", name);

  ret = unlink(addr.sun_path);
  if (ret != 0 && errno != ENOENT) {
    goto out_close;
  }

  ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
  if (ret) {
    goto out_unlink;
  }
  chown(addr.sun_path, uid, gid);
  chmod(addr.sun_path, perm);

  return fd;

out_unlink:
  unlink(addr.sun_path);
out_close:
  close(fd);
  return -1;
}

#define PROP_PATH_SYSTEM_BUILD "/system/build.prop"
#define PROP_PATH_SYSTEM_DEFAULT "/system/default.prop"
#define PROP_PATH_LOCAL_OVERRIDE "/data/local.prop"
#define PROP_PATH_FACTORY "/factory/factory.prop"

void start_property_service(void)
{
  int fd;

  load_properties_from_file(PROP_PATH_SYSTEM_BUILD);
  load_properties_from_file(PROP_PATH_SYSTEM_DEFAULT);
  load_override_properties();
  /*Read persistent properties after all default values have been loaded.*/
  load_persistent_properties();

  fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM, 0666, 0, 0);
  if (fd < 0) return;
  fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
  fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

  listen(fd, 8);
  property_set_fd = fd;
}

從上述代碼可以看到，init過程除會預寫入指定文件（例如：system/build.prop）屬性外，還會創立一個UNIX Domain Socket，用於接收客戶真個要求，構建屬性。那這個socket要求是再哪裡被處置的呢？
謎底是：在init中的for輪回處曾經停止了相干處置。

辦事端處置設置屬性要求

吸收屬性設置要求的處所是在init過程中，相干代碼以下所示：

int main(int argc, char **argv)
{
  // ...省略不相干代碼

  for (;;) {
    // ...
    for (i = 0; i < fd_count; i ++) {
      if (ufds[i].fd == get_property_set_fd())
        handle_property_set_fd();
    }
  }
}

從上述代碼可以看出，當屬性辦事器收到客戶端要求時，init過程會挪用handle_property_set_fd函數停止處置，函數地位是：system/core/init/property_service.c，我們來看一下這個函數的完成源碼：

void handle_property_set_fd()
{
  prop_msg msg;
  int s;
  int r;
  int res;
  struct ucred cr;
  struct sockaddr_un addr;
  socklen_t addr_size = sizeof(addr);
  socklen_t cr_size = sizeof(cr);
  char *source_ctx = NULL;

  // 吸收TCP銜接
  if ((s = accept(property_set_fd, (struct sockaddr *) &addr, &addr_size)) < 0) {
    return;
  }

  // 吸收客戶端要求數據
  r = TEMP_FAILURE_RETRY(recv(s, &msg, sizeof(msg), 0));
  if (r != sizeof(prop_msg)) {
    ERROR("sys_prop: mis-match msg size received: %d expected : %d errno: %d\n", r, sizeof(prop_msg), errno);
    close(s);
    return;
  }

  switch(msg.cmd) {
  case PROP_MSG_SETPROP:
    msg.name[PROP_NAME_MAX - 1] = 0;
    msg.value[PROP_VALUE_MAX - 1] = 0;

    if (memcmp(msg.name, "ctl.", 4) == 0) {
      close(s);
      if (check_control_perms(msg.value, cr.uid, cr.gid, source_ctx)) {
        handle_control_message((char*) msg.name + 4, (char*) msg.value);
      } else {
        ERROR("sys_prop: Unable to %s service ctl [%s] uid:%d gid:%d pid:%d\n", msg.name + 4, msg.value, cr.uid, cr.gid, cr.pid);
      }
    } else {
      if (check_perms(msg.name, cr.uid, cr.gid, source_ctx)) {
        property_set((char *) msg.name, (char*) msg.value);
      }
      close(s);
    }
    break;
  default:
    close(s);
    break;
  }
}

當客戶真個權限知足請求時，init就挪用property_set停止相干處置。property_set源碼完成以下：

int property_set(const char *name, const char *value)
{
  prop_info *pi;
  int ret;

  size_t namelen = strlen(name);
  size_t valuelen = strlen(value);

  if (! is_legal_property_name(name, namelen)) return -1;
  if (valuelen >= PROP_VALUE_MAX) return -1;

  // 附屬性空間中尋覓能否曾經存在該屬性值
  pi = (prop_info*) __system_property_find(name);
  if (pi != 0) {
    // ro開首的屬性被設置後，不許可再被修正
    if (! strncmp(name, "ro.", 3)) return -1;

    __system_property_update(pi, value, valuelen);
  } else {
    ret = __system_property_add(name, namelen, value, valuelen);
  }

  // 有一些特別的屬性須要特別處置，例如net.和persist.開首的屬性
  if (strncmp("net.", name, strlen("net.")) == 0) {
    if (strcmp("net.change", name) == 0) {
      return 0;
    }
    property_set("net.change", name);
  } else if (persistent_properties_loaded && strncmp("persist.", name, strlen("persist.")) == 0) {
    write_persistent_property(name, value);
  }
  property_changed(name, value);
  return 0;
}

屬性辦事器真個任務根本到這裡就完成了。最初，我們來看一下客戶端是若何發送設置屬性的socket要求。
客戶端發送要求

客戶端設置屬性時是挪用了property_set(“sys.istest”, “true”)辦法。從上述剖析可知，該辦法完成跟辦事器真個property_set辦法分歧，該辦法必定是發送了socket要求，該辦法源碼地位為：/system/core/libcutils/properties.c：

int property_set(const char *key, const char *value)
{
  return __system_property_set(key, value);
}

可以看到，property_set挪用了__system_property_set辦法，這個辦法位於：/bionic/libc/bionic/system_properties.c文件中：

struct prop_msg
{
  unsigned cmd;
  char name[PROP_NAME_MAX];
  char value[PROP_VALUE_MAX];
};
typedef struct prop_msg prop_msg;

static int send_prop_msg(prop_msg *msg)
{
  struct pollfd pollfds[1];
  struct sockaddr_un addr;
  socklen_t alen;
  size_t namelen;
  int s;
  int r;
  int result = -1;

  s = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
  if (s < 0) {
    return result;
  }

  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
  namelen = strlen(property_service_socket);
  strlcpy(addr.sun_path, property_service_socket, sizeof(addr.sun_path));
  addr.sun_family = AF_LOCAL;
  alen = namelen + offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + 1;

  if (TEMP_FAILURE_RETRY(connect(s, (struct sockaddr *) &addr, alen)) < 0) {
    close(s);
    return result;
  }

  r = TEMP_FAILURE_RETRY(send(s, msg, sizeof(prop_msg), 0));

  close(s);
  return result;
}

int __system_property_set(const char *key, const char *value)
{
  int err;
  prop_msg msg;

  if (key == 0) return -1;
  if (value == 0) value = "";
  if (strlen(key) >= PROP_NAME_MAX) return -1;
  if (strlen(value) >= PROP_VALUE_MAX) return -1;

  memset(&msg, 0, sizeof(msg));
  msg.cmd = PROP_MSG_SETPROP;
  strlcpy(msg.name, key, sizeof(msg.name));
  strlcpy(msg.value, value, sizeof(msg.value));

  err = send_prop_msg(&msg);
  if (err < 0) {
    return err;
  }
  return 0;
}