Android系统启动之配置文件解析
2018-01-30 本文已影响184人
jtsky
以下代码基于Android 7.0分析
简介
我们知道在Android系统启动的时候会创建Init进程，在Init进程的main()入口函数中会解析系统配置文件进行服务进程的创建和启动。
解析Init.rc配置文件
[->system/core/init/init.cpp]
int main(int argc, char** argv) {
...
//这里将Action的function_map_替换为BuiltinFunctionMap
//下文将通过BuiltinFuntionMap的map方法，获取keyword对应的处理函数
const BuiltinFunctionMap function_map;
Action::set_function_map(&function_map);
//构造出解析文件用的parser对象
Parser& parser = Parser::GetInstance();
//为一些类型的关键字，创建特定的parser
parser.AddSectionParser("service",std::make_unique<ServiceParser>());
parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>());
parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>());
//开始实际的解析过程
parser.ParseConfig("/init.rc");
...
}
在解析init.rc文件之前，我们先来简单的介绍一下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。在Android系统中，使用init.rc和init.{ hardware }.rc两个文件。
其中init.rc文件在Android系统运行过程中用于通用的环境设置与进程相关的定义，init.{hardware}.rc（例如，高通有init.qcom.rc，MTK有init.mediatek.rc）用于定义Android在不同平台下的特定进程和环境设置等。
此处的init.rc位于system/core/rootdir/init.rc中。
init.rc文件大致分为2部分，一部分是以"on"关键字开头的动作列表(action list):
on early-init
# Set init and its forked children's oom_adj.
write /proc/1/oom_score_adj -1000
.........
start ueventd
另一部分是以"service"关键字开头的服务列表(service list):
service ueventd /sbin/ueventd
class core
critical
seclabel u:r:ueventd:s0
借助系统环境变量或Linux命令，动作列表用于创建所需目录，以及为某些特定文件指定权限，而服务列表用来记录init进程需要启动的一系列子进程。如上面代码所示，service关键字后第一个字符串表示服务(子进程)的名称，第二个字符串表示服务的执行路径。
接下来我们就从ParseConfig函数入手，逐步分析整个解析过程。
[->system/core/init/ init_parser.cpp]
bool Parser::ParseConfig(const std::string& path) {
//path为/init.rc
if (is_dir(path.c_str())) {
//传入参数为目录地址
return ParseConfigDir(path);
}
//传入参数为文件地址
return ParseConfigFile(path);
}
bool Parser::ParseConfigDir(const std::string& path) {
...........
std::unique_ptr<DIR, int(*)(DIR*)> config_dir(opendir(path.c_str()), closedir);
..........
//看起来很复杂，其实就是递归目录
while ((current_file = readdir(config_dir.get()))) {
std::string current_path = android::base::StringPrintf("%s/%s", path.c_str(), current_file->d_name);
if (current_file->d_type == DT_REG) {
//最终还是靠ParseConfigFile来解析实际的文件
if (!ParseConfigFile(current_path)) {
.............
}
}
}
}
bool Parser::ParseConfigFile(const std::string& path) {
........
std::string data;
//读取路径指定文件中的内容，保存为字符串形式
if (!read_file(path.c_str(), &data)) {
return false;
}
.........
//解析获取的字符串
ParseData(path, data);
.........
}
void Parser::ParseData(const std::string& filename, const std::string& data) {
.......
parse_state state;
.......
std::vector<std::string> args;
for (;;) {
//next_token以行为单位分割参数传递过来的字符串
//最先走到T_TEXT分支
switch (next_token(&state)) {
case T_EOF:
if (section_parser) {
//EOF,解析结束
section_parser->EndSection();
}
return;
case T_NEWLINE:
state.line++;
if (args.empty()) {
break;
}
//在前文创建parser时，我们为service，on，import定义了对应的parser
//这里就是根据第一个参数，判断是否有对应的parser
if (section_parsers_.count(args[0])) {
if (section_parser) {
//结束上一个parser的工作，将构造出的对象加入到对应的service_list与action_list中
section_parser->EndSection();
}
//获取参数对应的parser
section_parser = section_parsers_[args[0]].get();
std::string ret_err;
//调用实际parser的ParseSection函数（重点）
if (!section_parser->ParseSection(args, &ret_err)) {
parse_error(&state, "%s\n", ret_err.c_str());
section_parser = nullptr;
}
} else if (section_parser) {
std::string ret_err;
//如果第一个参数不是service，on，import
//则调用前一个parser的ParseLineSection函数
//这里相当于解析一个参数块的子项
if (!section_parser->ParseLineSection(args, state.filename, state.line, &ret_err)) {
parse_error(&state, "%s\n", ret_err.c_str());
}
}
//清空本次解析的数据
args.clear();
break;
case T_TEXT:
//将本次解析的内容写入到args中
args.emplace_back(state.text);
break;
}
}
}
这里的解析看起来比较复杂，在6.0以前的版本中，整个解析是面向过程的。init进程统一调用一个函数来进行解析，然后在该函数中利用switch-case的形式，根据解析的内容进行相应的处理。
在Android 7.0中，为了更好地封装及面向对象，对于不同的关键字定义了不同的parser对象，每个对象通过多态实现自己的解析操作。
现在我们来回一下init进程main函数中创建的三个parse代码
Parser& parser = Parser::GetInstance();
parser.AddSectionParser("service",std::make_unique<ServiceParser>());
parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>());
parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>());
看下三个Parse的定义
class ServiceParser : public SectionParser {......}
class ActionParser : public SectionParser {......}
class ImportParser : public SectionParser {.......}
可以看到三个Parser均是继承SectionParser，具体的实现各有不同，我们以比较常用的ServiceParser和ActionParser为例，看看解析的结果如何处理。
ServiceParser
ServiceParser定义在system/core/init/service.cpp中。从前面的代码中我们知道，解析一个service块，首先需要调用ParseSection函数，接着你用ParseLineSection处理子块，在解析完数据后，调用EndSection。
因此，我们就着重来看下这三个函数。
[->system/core/init/service.cpp]
//根据参数来构造一个service对象
bool ServiceParser::ParseSection(.....) {
.......
const std::string& name = args[1];
.......
std::vector<std::string> str_args(args.begin() + 2, args.end());
//主要根据参数，构造出一个service对象
service_ = std::make_unique<Service>(name, "default", str_args);
return true;
}
//注意这里已经在解析子项了
bool ServiceParser::ParseLineSection(......) const {
//调用service对象的HandleLine
return service_ ? service_->HandleLine(args, err) : false;
}
bool Service::HandleLine(.....) {
........
//OptionHandlerMap继承自keywordMap<OptionHandler>
static const OptionHandlerMap handler_map;
//根据子项的内容，找到对应的handler函数
//FindFunction定义与keyword模块中,FindFunction方法利用子类生成对应的map中，然后通过通用的查找方法，即比较键值找到对应的处理函数
auto handler = handler_map.FindFunction(args[0], args.size() - 1, err);
if (!handler) {
return false;
}
//调用handler函数
return (this->*handler)(args, err);
}
class Service::OptionHandlerMap : public KeywordMap<OptionHandler> {
...........
Service::OptionHandlerMap::Map& Service::OptionHandlerMap::map() const {
constexpr std::size_t kMax = std::numeric_limits<std::size_t>::max();
static const Map option_handlers = {
{"class", {1, 1, &Service::HandleClass}},
{"console", {0, 0, &Service::HandleConsole}},
{"critical", {0, 0, &Service::HandleCritical}},
{"disabled", {0, 0, &Service::HandleDisabled}},
{"group", {1, NR_SVC_SUPP_GIDS + 1, &Service::HandleGroup}},
{"ioprio", {2, 2, &Service::HandleIoprio}},
{"keycodes", {1, kMax, &Service::HandleKeycodes}},
{"oneshot", {0, 0, &Service::HandleOneshot}},
{"onrestart", {1, kMax, &Service::HandleOnrestart}},
{"seclabel", {1, 1, &Service::HandleSeclabel}},
{"setenv", {2, 2, &Service::HandleSetenv}},
{"socket", {3, 6, &Service::HandleSocket}},
{"user", {1, 1, &Service::HandleUser}},
{"writepid", {1, kMax, &Service::HandleWritepid}},
};
return option_handlers;
}
//以class对应的处理函数为例，可以看出其实就是填充service对象对应的域
bool Service::HandleClass(const std::vector<std::string>& args, std::string* err) {
classname_ = args[1];
return true;
}
//注意此时service对象已经处理完毕
void ServiceParser::EndSection() {
if (service_) {
ServiceManager::GetInstance().AddService(std::move(service_));
}
}
void ServiceManager::AddService(std::unique_ptr<Service> service) {
Service* old_service = FindServiceByName(service->name());
if (old_service) {
ERROR("ignored duplicate definition of service '%s'",
service->name().c_str());
return;
}
//将service对象加入到services_里
//7.0里，services_已经是个vector了
services_.emplace_back(std::move(service));
}
从上面的一系列代码，我们可以看出ServiceParser其实就是：首先根据第一行的名字和参数创建出service对象，然后根据选项域的内容填充service对象，最后将创建出的service对象加入到vector类型的service链表中。
ActionParser
ActionParser定义于system/core/init/action.cpp中。Action的解析过程，其实与Service一样，也是先后调用ParseSection， ParseLineSection和EndSection。
[->system/core/init/action.cpp]
bool ActionParser::ParseSection(....) {
........
//创建出新的action对象
auto action = std::make_unique<Action>(false);
//根据参数，填充action的trigger域，不详细分析了
if (!action->InitTriggers(triggers, err)) {
return false;
}
.........
}
bool ActionParser::ParseLineSection(.......) const {
//构造Action对象的command域
return action_ ? action_->AddCommand(args, filename, line, err) : false;
}
bool Action::AddCommand(.....) {
........
//找出action对应的执行函数
auto function = function_map_->FindFunction(args[0], args.size() - 1, err);
........
//利用所有信息构造出command，加入到action对象中
AddCommand(function, args, filename, line);
return true;
}
void Action::AddCommand(......) {
commands_.emplace_back(f, args, filename, line);
}
void ActionParser::EndSection() {
if (action_ && action_->NumCommands() > 0) {
ActionManager::GetInstance().AddAction(std::move(action_));
}
}
void ActionManager::AddAction(.....) {
........
auto old_action_it = std::find_if(actions_.begin(),
actions_.end(),
[&action] (std::unique_ptr<Action>& a) {
return action->TriggersEqual(*a);
});
if (old_action_it != actions_.end()) {
(*old_action_it)->CombineAction(*action);
} else {
//加入到action链表中，类型也是vector，其中装的是指针
actions_.emplace_back(std::move(action));
}
}
从上面的代码可以看出，加载action块的逻辑和service一样，不同的是需要填充trigger和command域。当然，最后解析出的action也需要加入到action链表中。
这里最后还剩下一个问题，那就是哪里定义了Action中command对应处理函数？
实际上，前文已经出现了过了，在init.cpp的main函数中：
const BuiltinFunctionMap function_map;
Action::set_function_map(&function_map);
因此，Action中调用function_map->FindFunction时，实际上调用的是BuiltinFunctionMap的FindFunction函数。我们已经知道FindFunction是keyword定义的通用函数，重点是重构的map函数。我们看看system/core/init/builtins.cpp：
BuiltinFunctionMap::Map& BuiltinFunctionMap::map() const {
constexpr std::size_t kMax = std::numeric_limits<std::size_t>::max();
static const Map builtin_functions = {
{"bootchart_init", {0, 0, do_bootchart_init}},
{"chmod", {2, 2, do_chmod}},
{"chown", {2, 3, do_chown}},
{"class_reset", {1, 1, do_class_reset}},
{"class_start", {1, 1, do_class_start}},
{"class_stop", {1, 1, do_class_stop}},
{"copy", {2, 2, do_copy}},
{"domainname", {1, 1, do_domainname}},
{"enable", {1, 1, do_enable}},
{"exec", {1, kMax, do_exec}},
{"export", {2, 2, do_export}},
{"hostname", {1, 1, do_hostname}},
{"ifup", {1, 1, do_ifup}},
{"init_user0", {0, 0, do_init_user0}},
{"insmod", {1, kMax, do_insmod}},
{"installkey", {1, 1, do_installkey}},
{"load_persist_props", {0, 0, do_load_persist_props}},
{"load_system_props", {0, 0, do_load_system_props}},
{"loglevel", {1, 1, do_loglevel}},
{"mkdir", {1, 4, do_mkdir}},
{"mount_all", {1, kMax, do_mount_all}},
{"mount", {3, kMax, do_mount}},
{"powerctl", {1, 1, do_powerctl}},
{"restart", {1, 1, do_restart}},
{"restorecon", {1, kMax, do_restorecon}},
{"restorecon_recursive", {1, kMax, do_restorecon_recursive}},
{"rm", {1, 1, do_rm}},
{"rmdir", {1, 1, do_rmdir}},
{"setprop", {2, 2, do_setprop}},
{"setrlimit", {3, 3, do_setrlimit}},
{"start", {1, 1, do_start}},
{"stop", {1, 1, do_stop}},
{"swapon_all", {1, 1, do_swapon_all}},
{"symlink", {2, 2, do_symlink}},
{"sysclktz", {1, 1, do_sysclktz}},
{"trigger", {1, 1, do_trigger}},
{"verity_load_state", {0, 0, do_verity_load_state}},
{"verity_update_state", {0, 0, do_verity_update_state}},
{"wait", {1, 2, do_wait}},
{"write", {2, 2, do_write}},
};
return builtin_functions;
}
上面代码的每项的最后一项就是Action中每个command所对应的执行函数。
向执行队列中添加其他action
介绍完init进程解析init.rc文件的过程后，我们继续将视角拉回到init进程的main函数：
ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
am.QueueEventTrigger("early-init");
// Queue an action that waits for coldboot done so we know ueventd has set up all of /dev...
m.QueueBuiltinAction(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");
// ... so that we can start queuing up actions that require stuff from /dev.
am.QueueBuiltinAction(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");
am.QueueBuiltinAction(set_mmap_rnd_bits_action, "set_mmap_rnd_bits");
am.QueueBuiltinAction(keychord_init_action, "keychord_init");
am.QueueBuiltinAction(console_init_action, "console_init");
// Trigger all the boot actions to get us started.
am.QueueEventTrigger("init");
// Repeat mix_hwrng_into_linux_rng in case /dev/hw_random or /dev/random
// wasn't ready immediately after wait_for_coldboot_done
am.QueueBuiltinAction(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");
// Don't mount filesystems or start core system services in charger mode.
std::string bootmode = property_get("ro.bootmode");
if (bootmode == "charger") {
am.QueueEventTrigger("charger");
} else {
am.QueueEventTrigger("late-init");
}
// Run all property triggers based on current state of the properties.
am.QueueBuiltinAction(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");
从上面的代码可以看出，接下来init进程中调用了大量的QueueEventTrigger和QueueBuiltinAction函数。
void ActionManager::QueueEventTrigger(const std::string& trigger) {
trigger_queue_.push(std::make_unique<EventTrigger>(trigger));
}
void ActionManager::QueueBuiltinAction(BuiltinFunction func, const std::string& name) {
//创建action
auto action = std::make_unique<Action>(true);
std::vector<std::string> name_vector{name};
//保证唯一性
if (!action->InitSingleTrigger(name)) {
return;
}
//创建action的cmd，指定执行函数和参数
action->AddCommand(func, name_vector);
trigger_queue_.push(std::make_unique<BuiltinTrigger>(action.get()));
actions_.emplace_back(std::move(action));
}
此处QueueEventTrigger函数就是利用参数构造EventTrigger，然后加入到trigger_queue_中。后续init进程处理trigger事件时，将会触发相应的操作。根据前文的分析，我们知道实际上就是将action_list中，对应trigger与第一个参数匹配的action，加入到运行队列action_queue中。
QueueBuiltinAction函数中构造新的action加入到actions_中，第一个参数作为新建action携带cmd的执行函数；第二个参数既作为action的trigger name，也作为action携带cmd的参数。
继续main函数主流程
while (true) {
//判断是否有事件需要处理
if (!waiting_for_exec) {
//依次执行每个action中携带command对应的执行函数
am.ExecuteOneCommand();
//重启一些挂掉的进程
restart_processes();
}
//以下决定timeout的时间，将影响while循环的间隔
int timeout = -1;
//有进程需要重启时，等待该进程重启
if (process_needs_restart) {
timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000;
if (timeout < 0)
timeout = 0;
}
//有action待处理，不等待
if (am.HasMoreCommands()) {
timeout = 0;
}
//bootchart_sample应该是进行性能数据采样
bootchart_sample(&timeout);
epoll_event ev;
//没有事件到来的话，最多阻塞timeout时间
int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout));
if (nr == -1) {
ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno));
} else if (nr == 1) {
//有事件到来，执行对应处理函数
//根据上文知道，epoll句柄（即epoll_fd）主要监听子进程结束，及其它进程设置系统属性的请求。
((void (*)()) ev.data.ptr)();
}
}
从上面代码可以看出，init进程将所有需要操作的action加入运行队列后， 进入无限循环过程，不断处理运行队列中的事件，同时进行重启service等操作。
ExecuteOneCommand中的主要部分如下图所示：
void ActionManager::ExecuteOneCommand() {
// Loop through the trigger queue until we have an action to execute
//当有可执行action或trigger queue为空时结束
while (current_executing_actions_.empty() && !trigger_queue_.empty()) {
//轮询actions链表
for (const auto& action : actions_) {
//依次查找trigger表
if (trigger_queue_.front()->CheckTriggers(*action)) {
//当action与trigger对应时，就可以执行当前action
//一个trigger可以对应多个action，均加入current_executing_actions_
current_executing_actions_.emplace(action.get());
}
}
//trigger event出队
trigger_queue_.pop();
}
if (current_executing_actions_.empty()) {
return;
}
//每次只执行一个action，下次init进程while循环时，跳过上面的while循环，接着执行
auto action = current_executing_actions_.front();
if (current_command_ == 0) {
std::string trigger_name = action->BuildTriggersString();
INFO("processing action (%s)\n", trigger_name.c_str());
}
//实际的执行过程，此处仅处理当前action中的一个cmd
action->ExecuteOneCommand(current_command_);
//适当地清理工作，注意只有当前action中所有的command均执行完毕后，才会将该action从current_executing_actions_移除
// If this was the last command in the current action, then remove
// the action from the executing list.
// If this action was oneshot, then also remove it from actions_.
++current_command_;
if (current_command_ == action->NumCommands()) {
current_executing_actions_.pop();
current_command_ = 0;
if (action->oneshot()) {
auto eraser = [&action] (std::unique_ptr<Action>& a) {
return a.get() == action;
};
actions_.erase(std::remove_if(actions_.begin(), actions_.end(), eraser));
}
}
}
void Action::ExecuteCommand(const Command& command) const {
Timer t;
//执行该command对应的处理函数
int result = command.InvokeFunc();
........
}
从代码可以看出，当while循环不断调用ExecuteOneCommand函数时，将按照trigger表的顺序，依次取出action链表中与trigger匹配的action。
每次均执行一个action中的一个command对应函数（一个action可能携带多个command）。
当一个action所有的command均执行完毕后，再执行下一个action。
当一个trigger对应的action均执行完毕后，再执行下一个trigger对应action。
restart_processes函数负责按需重启service，代码如下所示:
static void restart_processes() {
process_needs_restart = 0;
ServiceManager::GetInstance().ForEachServiceWithFlags(
SVC_RESTARTING,
[] (Service* s) {
s->RestartIfNeeded(process_needs_restart);
});
}
从上面可以看出，该函数轮询service对应的链表，对于有SVC_RESTARING标志的service执行RestartIfNeeded（如上文所述，当子进程终止时，init进程会将可被重启进程的服务标志位置为SVC_RESTARTING）。
如下代码所示，restart_service_if_needed可以重新启动服务：
void Service::RestartIfNeeded(time_t& process_needs_restart)(struct service *svc)
{
time_t next_start_time = svc->time_started + 5;
//两次服务启动时间的间隔要大于5s
if (next_start_time <= gettime()) {
svc->flags &= (~SVC_RESTARTING);
//满足时间间隔的要求后，重启服务
//Start将会重新fork服务进程，并做相应的配置
Start(svc, NULL);
return;
}
//更新main函数中，while循环需要等待的时间
if ((next_start_time < process_needs_restart) ||
(process_needs_restart == 0)) {
process_needs_restart = next_start_time;
}
}
总结
关于配置文件的解析Android6.0和7.0整体的流程几乎不变，但7.0为了更好的封装性，修改了解析文件后存储用的数据结构，同时引入了一些多态相关的内容。
虽然人要往后看，但6.0中还是有很多有意思的地方，比如keywords.h的宏替换及利用listnode来组织通用的链表等。这部分内容，可以参阅一下《深入理解Android 卷I》，虽然书对应的代码比较老，但大体思想还是相似的。
