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C語(yǔ)言

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深入剖析Android中init進(jìn)程實(shí)現(xiàn)的C語(yǔ)言源碼

來源：本站原創(chuàng)|時(shí)間：2020-01-10|欄目：C語(yǔ)言|點(diǎn)擊： 次

概述

init是一個(gè)進(jìn)程，確切的說，它是Linux系統(tǒng)中用戶空間的第一個(gè)進(jìn)程。由于Android是基于Linux內(nèi)核的，所以init也是Android系統(tǒng)中用戶空間的第一個(gè)進(jìn)程。init的進(jìn)程號(hào)是1。作為天字第一號(hào)進(jìn)程，init有很多重要的工作：

  •     init提供property service（屬性服務(wù)）來管理Android系統(tǒng)的屬性。
  •     init負(fù)責(zé)創(chuàng)建系統(tǒng)中的關(guān)鍵進(jìn)程，包括zygote。

以往的文章一上來就介紹init的源碼，但是我這里先從這兩個(gè)主要工作開始。搞清楚這兩個(gè)主要工作是如何實(shí)現(xiàn)的，我們?cè)倩仡^來看init的源碼。

這篇文章主要是介紹init進(jìn)程的屬性服務(wù)。

    跟init屬性服務(wù)相關(guān)的源碼目錄如下：

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

屬性服務(wù)

在windows平臺(tái)上有一個(gè)叫做注冊(cè)表的東西，它可以存儲(chǔ)一些類似key/value的鍵值對(duì)。一般而言，系統(tǒng)或者某些應(yīng)用程序會(huì)把自己的一些屬性存儲(chǔ)在注冊(cè)表中，即使系統(tǒng)重啟或應(yīng)用程序重啟，它還能根據(jù)之前在注冊(cè)表中設(shè)置的屬性值，進(jìn)行相應(yīng)的初始化工作。

Android系統(tǒng)也提供了類似的機(jī)制，稱之為屬性服務(wù)（property service）。應(yīng)用程序可以通過這個(gè)服務(wù)查詢或者設(shè)置屬性。我們可以通過如下命令，獲取手機(jī)中屬性鍵值對(duì)。

adb shell getprop

例如紅米Note手機(jī)的屬性值如下：

[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(shù)中，跟屬性服務(wù)的相關(guān)代碼如下：

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

接下來，我們分別看一下這兩處代碼的具體實(shí)現(xiàn)。
屬性服務(wù)初始化
創(chuàng)建存儲(chǔ)空間

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

void property_init(void)
{
  init_property_area();
}


property_init函數(shù)中只是簡(jiǎn)單的調(diào)用了init_property_area方法，接下來我們看一下這個(gè)方法的具體實(shí)現(xiàn)：

static int property_area_inited = 0;
static workspace pa_workspace;
static int init_property_area(void)
{
  // 屬性空間是否已經(jīng)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(shù)，我們可以看出，函數(shù)首先判斷屬性內(nèi)存區(qū)域是否已經(jīng)初始化過，如果已經(jīng)初始化，則返回-1。如果沒有初始化，我們接下來會(huì)發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)關(guān)鍵函數(shù)__system_property_area_init和init_workspace應(yīng)該是跟內(nèi)存區(qū)域初始化相關(guān)。那我們分別分析一下這兩個(gè)函數(shù)具體實(shí)現(xiàn)。

__system_property_area_init

__system_property_area_init函數(shù)位于/bionic/libc/bionic/system_properties.c文件中，具體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

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(chuàng)建
   * O_NOFOLLOW ==> 如果filename是軟鏈接，則打開失敗
   * O_EXCL ==> 如果使用O_CREAT是文件存在，則可返回錯(cuò)誤信息
   */
  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映射文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存
  pa = mmap(NULL, pa_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
  if (pa == MAP_FAILED)
    goto out;

  /*初始化內(nèi)存地址中所有值為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();
}

 
代碼比較好理解，主要內(nèi)容是利用mmap映射property_filename創(chuàng)建了一個(gè)共享內(nèi)存區(qū)域，并將共享內(nèi)存的首地址賦值給全局變量__system_property_area__。

關(guān)于mmap映射文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存IPC通信機(jī)制，可以參考這篇文章：mmap實(shí)現(xiàn)IPC通信機(jī)制
init_workspace

接下來，我們來看一下init_workspace函數(shù)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;
}

客戶端進(jìn)程訪問屬性內(nèi)存區(qū)域

雖然屬性內(nèi)存區(qū)域是init進(jìn)程創(chuàng)建的，但是Android系統(tǒng)希望其他進(jìn)程也能夠讀取這塊內(nèi)存區(qū)域里的內(nèi)容。為了做到這一點(diǎn)，init進(jìn)程在屬性區(qū)域初始化過程中做了如下兩項(xiàng)工作：

    把屬性內(nèi)存區(qū)域創(chuàng)建在共享內(nèi)存上，而共享內(nèi)存是可以跨進(jìn)程的。這一點(diǎn)，在上述代碼中是通過mmap映射/dev/__properties__文件實(shí)現(xiàn)的。pa_workspace變量中的fd成員也保存了映射文件的句柄。
    如何讓其他進(jìn)程知道這個(gè)共享內(nèi)存句柄呢？Android先將文件映射句柄賦值給__system_property_area__變量，這個(gè)變量屬于bionic_lic庫(kù)中的輸出的一個(gè)變量，然后利用了gcc的constructor屬性，這個(gè)屬性指明了一個(gè)__lib_prenit函數(shù)，當(dāng)bionic_lic庫(kù)被加載時(shí)，將自動(dòng)調(diào)用__libc_prenit，這個(gè)函數(shù)內(nèi)部完成共享內(nèi)存到本地進(jìn)程的映射工作。

只講原理是不行的，我們直接來看一下__lib_prenit函數(shù)代碼的相關(guān)實(shí)現(xiàn)：

void __attribute__((constructor)) __libc_prenit(void);
void __libc_prenit(void)
{
  // ...
  __libc_init_common(elfdata); // 調(diào)用這個(gè)函數(shù)
  // ...
}


__libc_init_common函數(shù)為：

void __libc_init_common(uintptr_t *elfdata)
{
  // ...
  __system_properties_init(); // 初始化客戶端的屬性存儲(chǔ)區(qū)域
}

 
__system_properties_init函數(shù)有回到了我們熟悉的/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);

  /* 
   * 映射init創(chuàng)建的屬性內(nèi)存到本地進(jìn)程空間，這樣本地進(jìn)程就可以使用這塊共享內(nèi)存了。
   * 注意：映射時(shí)制定了PROT_READ屬性，所以客戶端進(jìn)程只能讀屬性，不能設(shè)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();
}


通過對(duì)源碼的閱讀，可以發(fā)現(xiàn)，客戶端通過mmap映射，可以讀取屬性內(nèi)存的內(nèi)容，但是沒有權(quán)限設(shè)置屬性。那客戶端是如何設(shè)置屬性的呢？這就涉及到下面要將的屬性服務(wù)器了。
屬性服務(wù)器的分析

init進(jìn)程會(huì)啟動(dòng)一個(gè)屬性服務(wù)器，而客戶端只能通過與屬性服務(wù)器的交互來設(shè)置屬性。
啟動(dòng)屬性服務(wù)器

先來看一下屬性服務(wù)器的內(nèi)容，它由property_service_init_action函數(shù)啟動(dòng)，源碼如下（/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進(jìn)程除了會(huì)預(yù)寫入指定文件（例如：system/build.prop）屬性外，還會(huì)創(chuàng)建一個(gè)UNIX Domain Socket，用于接受客戶端的請(qǐng)求，構(gòu)建屬性。那這個(gè)socket請(qǐng)求是再哪里被處理的呢？
答案是：在init中的for循環(huán)處已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)處理。

服務(wù)端處理設(shè)置屬性請(qǐng)求

接收屬性設(shè)置請(qǐng)求的地方是在init進(jìn)程中，相關(guān)代碼如下所示：

int main(int argc, char **argv)
{
  // ...省略不相關(guān)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(dāng)屬性服務(wù)器收到客戶端請(qǐng)求時(shí)，init進(jìn)程會(huì)調(diào)用handle_property_set_fd函數(shù)進(jìn)行處理，函數(shù)位置是：system/core/init/property_service.c，我們來看一下這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)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;

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

  // 接收客戶端請(qǐng)求數(shù)據(jù)
  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(dāng)客戶端的權(quán)限滿足要求時(shí)，init就調(diào)用property_set進(jìn)行相關(guān)處理。property_set源碼實(shí)現(xiàn)如下：

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;

  // 從屬性空間中尋找是否已經(jīng)存在該屬性值
  pi = (prop_info*) __system_property_find(name);
  if (pi != 0) {
    // ro開頭的屬性被設(shè)置后，不允許再被修改
    if (! strncmp(name, "ro.", 3)) return -1;

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

  // 有一些特殊的屬性需要特殊處理，例如net.和persist.開頭的屬性
  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;
}


屬性服務(wù)器端的工作基本到這里就完成了。最后，我們來看一下客戶端是如何發(fā)送設(shè)置屬性的socket請(qǐng)求。
客戶端發(fā)送請(qǐng)求

客戶端設(shè)置屬性時(shí)是調(diào)用了property_set(“sys.istest”, “true”)方法。從上述分析可知，該方法實(shí)現(xiàn)跟服務(wù)器端的property_set方法不同，該方法一定是發(fā)送了socket請(qǐng)求，該方法源碼位置為：/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調(diào)用了__system_property_set方法，這個(gè)方法位于：/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;
}

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