Android系统启动流程之init进程(一)

[foxleezh]

前言

上一篇中讲到，Linux系统执行完初始化操作最后会执行根目录下的init文件，init是一个可执行程序，
它的源码在platform/system/core/init/init.cpp。
之前我们讲过init进程是用户空间的第一个进程,我们熟悉的app应用程序都是以它为父进程的,
init进程入口函数是main函数,这个函数做的事情还是比较多的，主要分为三个部分

• init进程第一阶段
• init进程第二阶段
• init.rc文件解析

由于内容比较多，所以对于init的讲解，我分为三个章节来讲，本文只讲解第一阶段，第一阶段主要有以下内容

• ueventd/watchdogd跳转及环境变量设置
• 挂载文件系统并创建目录
• 初始化日志输出、挂载分区设备
• 启用SELinux安全策略
• 开始第二阶段前的准备

本文涉及到的文件

platform/system/core/init/init.cpp
platform/system/core/init/ueventd.cpp
platform/system/core/init/watchdogd.cpp
platform/system/core/init/log.cpp
platform/system/core/base/logging.cpp
platform/system/core/init/init_first_stage.cpp
platform/external/selinux/libselinux/src/callbacks.c
platform/external/selinux/libselinux/src/load_policy.c
platform/external/selinux/libselinux/src/getenforce.c
platform/external/selinux/libselinux/src/setenforce.c
platform/external/selinux/libselinux/src/android/android.c

一、ueventd/watchdogd跳转及环境变量设置

/*
 * 1.C++中主函数有两个参数，第一个参数argc表示参数个数，第二个参数是参数列表，也就是具体的参数
 * 2.init的main函数有两个其它入口，一是参数中有ueventd，进入ueventd_main,二是参数中有watchdogd，进入watchdogd_main
 */
int main(int argc, char** argv) {

    /*
     * 1.strcmp是String的一个函数，比较字符串，相等返回0
     * 2.C++中0也可以表示false
     * 3.basename是C库中的一个函数，得到特定的路径中的最后一个'/'后面的内容，
     * 比如/sdcard/miui_recovery/backup，得到的结果是backup
     */
    if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) { //当argv[0]的内容为ueventd时，strcmp的值为0,！strcmp为1
    //1表示true，也就执行ueventd_main,ueventd主要是负责设备节点的创建、权限设定等一些列工作
        return ueventd_main(argc, argv);
    }

    if (!strcmp(basename(argv[0]), "watchdogd")) {//watchdogd俗称看门狗，用于系统出问题时重启系统
        return watchdogd_main(argc, argv);
    }

    if (REBOOT_BOOTLOADER_ON_PANIC) {
        install_reboot_signal_handlers(); //初始化重启系统的处理信号，内部通过sigaction 注册信号，当监听到该信号时重启系统
    }

    add_environment("PATH", _PATH_DEFPATH);//注册环境变量PATH
    //#define	_PATH_DEFPATH	"/sbin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin:/odm/bin:/vendor/bin:/vendor/xbin"

1.1 ueventd_main

定义在platform/system/core/init/ueventd.cpp

Android根文件系统的映像中不存在“/dev”目录，该目录是init进程启动后动态创建的。

因此，建立Android中设备节点文件的重任，也落在了init进程身上。为此，init进程创建子进程ueventd，并将创建设备节点文件的工作托付给ueventd。
ueventd通过两种方式创建设备节点文件。

第一种方式对应“冷插拔”（Cold Plug），即以预先定义的设备信息为基础，当ueventd启动后，统一创建设备节点文件。这一类设备节点文件也被称为静态节点文件。

第二种方式对应“热插拔”（Hot Plug），即在系统运行中，当有设备插入USB端口时，ueventd就会接收到这一事件，为插入的设备动态创建设备节点文件。这一类设备节点文件也被称为动态节点文件。

int ueventd_main(int argc, char **argv)
{
    /*
     * init sets the umask to 077 for forked processes. We need to
     * create files with exact permissions, without modification by
     * the umask.
     */
    umask(000); //设置新建文件的默认值,这个与chmod相反,这里相当于新建文件后的权限为666

    /* Prevent fire-and-forget children from becoming zombies.
     * If we should need to wait() for some children in the future
     * (as opposed to none right now), double-forking here instead
     * of ignoring SIGCHLD may be the better solution.
     */
    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);//忽略子进程终止信号

    InitKernelLogging(argv); //初始化日志输出

    LOG(INFO) << "ueventd started!";

    selinux_callback cb;
    cb.func_log = selinux_klog_callback;
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_LOG, cb);//注册selinux相关的用于打印log的回调函数

    ueventd_parse_config_file("/ueventd.rc"); //解析.rc文件,这个后续再讲
    ueventd_parse_config_file("/vendor/ueventd.rc");
    ueventd_parse_config_file("/odm/ueventd.rc");

    /*
     * keep the current product name base configuration so
     * we remain backwards compatible and allow it to override
     * everything
     * TODO: cleanup platform ueventd.rc to remove vendor specific
     * device node entries (b/34968103)
     */
    std::string hardware = android::base::GetProperty("ro.hardware", "");
    ueventd_parse_config_file(android::base::StringPrintf("/ueventd.%s.rc", hardware.c_str()).c_str());

    device_init();//创建一个socket来接收uevent，再对内核启动时注册到/sys/下的驱动程序进行“冷插拔”处理，以创建对应的节点文件。

    pollfd ufd;
    ufd.events = POLLIN;
    ufd.fd = get_device_fd();//获取device_init中创建出的socket

    while (true) {//开户无限循环，随时监听驱动
        ufd.revents = 0;
        int nr = poll(&ufd, 1, -1);//监听来自驱动的uevent
        if (nr <= 0) {
            continue;
        }
        if (ufd.revents & POLLIN) {
            handle_device_fd();//驱动程序进行“热插拔”处理，以创建对应的节点文件。
        }
    }

    return 0;
}

1.2 watchdogd_main

定义在platform/system/core/init/watchdogd.cpp

"看门狗"本身是一个定时器电路，内部会不断的进行计时（或计数）操作,计算机系统和"看门狗"有两个引脚相连接，
正常运行时每隔一段时间就会通过其中一个引脚向"看门狗"发送信号，"看门狗"接收到信号后会将计时器清零并重新开始计时,
而一旦系统出现问题，进入死循环或任何阻塞状态，不能及时发送信号让"看门狗"的计时器清零，当计时结束时，
"看门狗"就会通过另一个引脚向系统发送“复位信号”，让系统重启

watchdogd_main主要是定时器作用,而DEV_NAME就是那个引脚

int watchdogd_main(int argc, char **argv) {
    InitKernelLogging(argv);

    int interval = 10;
    /*
     * C++中atoi作用是将字符串转变为数值
     */
    if (argc >= 2) interval = atoi(argv[1]);

    int margin = 10;
    if (argc >= 3) margin = atoi(argv[2]);

    LOG(INFO) << "watchdogd started (interval " << interval << ", margin " << margin << ")!";

    int fd = open(DEV_NAME, O_RDWR|O_CLOEXEC); //打开文件 /dev/watchdog
    if (fd == -1) {
        PLOG(ERROR) << "Failed to open " << DEV_NAME;
        return 1;
    }

    int timeout = interval + margin;
    /*
     * ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数,WDIOC_SETTIMEOUT是设置超时时间
     */
    int ret = ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout);
    if (ret) {
        PLOG(ERROR) << "Failed to set timeout to " << timeout;
        ret = ioctl(fd, WDIOC_GETTIMEOUT, &timeout);
        if (ret) {
            PLOG(ERROR) << "Failed to get timeout";
        } else {
            if (timeout > margin) {
                interval = timeout - margin;
            } else {
                interval = 1;
            }
            LOG(WARNING) << "Adjusted interval to timeout returned by driver: "
                         << "timeout " << timeout
                         << ", interval " << interval
                         << ", margin " << margin;
        }
    }

    while (true) {//每间隔一定时间往文件中写入一个空字符,这就是看门狗的关键了
        write(fd, "", 1);
        sleep(interval);
    }
}

1.3 install_reboot_signal_handlers

定义在platform/system/core/init/init.cpp

这个函数主要作用将各种信号量，如SIGABRT,SIGBUS等的行为设置为SA_RESTART,一旦监听到这些信号即执行重启系统

static void install_reboot_signal_handlers() {
    // Instead of panic'ing the kernel as is the default behavior when init crashes,
    // we prefer to reboot to bootloader on development builds, as this will prevent
    // boot looping bad configurations and allow both developers and test farms to easily
    // recover.
    struct sigaction action;
    memset(&action, 0, sizeof(action));
    sigfillset(&action.sa_mask);//将所有信号加入至信号集
    action.sa_handler = [](int) {
        // panic() reboots to bootloader
        panic(); //重启系统
    };
    action.sa_flags = SA_RESTART;
    sigaction(SIGABRT, &action, nullptr);
    sigaction(SIGBUS, &action, nullptr);
    sigaction(SIGFPE, &action, nullptr);
    sigaction(SIGILL, &action, nullptr);
    sigaction(SIGSEGV, &action, nullptr);
#if defined(SIGSTKFLT)
    sigaction(SIGSTKFLT, &action, nullptr);
#endif
    sigaction(SIGSYS, &action, nullptr);
    sigaction(SIGTRAP, &action, nullptr);
}

1.4 add_environment

定义在platform/system/core/init/init.cpp

这个函数主要作用是将一个键值对放到一个Char数组中,如果数组中有key就替换,没有就插入,跟Java中的Map差不多

/* add_environment - add "key=value" to the current environment */
int add_environment(const char *key, const char *val)
{
    size_t n;
    size_t key_len = strlen(key);

    /* The last environment entry is reserved to terminate the list */
    for (n = 0; n < (arraysize(ENV) - 1); n++) {

        /* Delete any existing entry for this key */
        if (ENV[n] != NULL) {
        /*
         * C++中strcspn用于返回字符所在下标,相当于String的indexof
         */
            size_t entry_key_len = strcspn(ENV[n], "=");
            if ((entry_key_len == key_len) && (strncmp(ENV[n], key, entry_key_len) == 0)) { //如果key相同,删除对应数据
                free((char*)ENV[n]);
                ENV[n] = NULL;
            }
        }

        /* Add entry if a free slot is available */
        if (ENV[n] == NULL) { //如果没有对应key,则插入数据
            char* entry;
            asprintf(&entry, "%s=%s", key, val);
            ENV[n] = entry;
            return 0;
        }
    }

    LOG(ERROR) << "No env. room to store: '" << key << "':'" << val << "'";

    return -1;
}

二、 挂载文件系统并创建目录

    bool is_first_stage = (getenv("INIT_SECOND_STAGE") == nullptr);//查看是否有环境变量INIT_SECOND_STAGE

    /*
     * 1.init的main方法会执行两次，由is_first_stage控制,first_stage就是第一阶段要做的事
     */
    if (is_first_stage) {//只执行一次，因为在方法体中有设置INIT_SECOND_STAGE
        boot_clock::time_point start_time = boot_clock::now();

        // Clear the umask.
        umask(0); //清空文件权限

        // 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");
        mkdir("/dev/pts", 0755);
        mkdir("/dev/socket", 0755);
        mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
        #define MAKE_STR(x) __STRING(x)
        mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC));
        // Don't expose the raw commandline to unprivileged processes.
        chmod("/proc/cmdline", 0440);
        gid_t groups[] = { AID_READPROC };
        setgroups(arraysize(groups), groups);
        mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);
        mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL);
        mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11));
        mknod("/dev/random", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 8));
        mknod("/dev/urandom", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 9));

        ...

    }

   ...


}

2.1 mount

mount是用来挂载文件系统的，mount属于Linux系统调用

int mount(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype,
unsigned long mountflags, const void *data);

参数：

source：将要挂上的文件系统，通常是一个设备名。

target：文件系统所要挂载的目标目录。

filesystemtype：文件系统的类型，可以是"ext2"，"msdos"，"proc"，"ntfs"，"iso9660"。。。

mountflags：指定文件系统的读写访问标志，可能值有以下

参数	含义
MS_BIND	执行bind挂载，使文件或者子目录树在文件系统内的另一个点上可视。
MS_DIRSYNC	同步目录的更新。
MS_MANDLOCK	允许在文件上执行强制锁。
MS_MOVE	移动子目录树。
MS_NOATIME	不要更新文件上的访问时间。
MS_NODEV	不允许访问设备文件。
MS_NODIRATIME	不允许更新目录上的访问时间。
MS_NOEXEC	不允许在挂上的文件系统上执行程序。
MS_NOSUID	执行程序时，不遵照set-user-ID和set-group-ID位。
MS_RDONLY	指定文件系统为只读。
MS_REMOUNT	重新加载文件系统。这允许你改变现存文件系统的mountflag和数据，而无需使用先卸载，再挂上文件系统的方式。
MS_SYNCHRONOUS	同步文件的更新。
MNT_FORCE	强制卸载，即使文件系统处于忙状态。
MNT_EXPIRE	将挂载点标记为过时。

data：文件系统特有的参数

在init初始化过程中，Android分别挂载了tmpfs，devpts，proc，sysfs,selinuxfs这5类文件系统。

tmpfs是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文件系统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文件系统是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。

与proc文件系统类似，sysfs文件系统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

selinuxfs也是虚拟文件系统,通常挂载在/sys/fs/selinux目录下,用来存放SELinux安全策略文件

2.2 mknod

mknod用于创建Linux中的设备文件

int mknod(const char* path, mode_t mode, dev_t dev) {

}

参数：
path：设备所在目录
mode：指定设备的类型和读写访问标志
可能的类型

参数	含义
S_IFMT	type of file ，文件类型掩码
S_IFREG	regular 普通文件
S_IFBLK	block special 块设备文件
S_IFDIR	directory 目录文件
S_IFCHR	character special 字符设备文件
S_IFIFO	fifo 管道文件
S_IFNAM	special named file 特殊文件
S_IFLNK	symbolic link 链接文件

dev 表示设备，由makedev(1, 9) 函数创建，9为主设备号、1为次设备号

2.3 其他命令

mkdir也是Linux系统调用，作用是创建目录，第一个参数是目录路径，第二个是读写权限

chmod用于修改文件/目录的读写权限

setgroups 用来将list 数组中所标明的组加入到目前进程的组设置中

这里我解释下文件的权限，也就是类似0755这种，要理解权限首先要明白「用户和组」的概念

Linux系统可以有多个用户，多个用户可以属于同一个组，用户和组的概念就像我们人和家庭一样，人属于家庭的一分子，用户属于一个组，我们一般在Linux终端输入ls -al之后会有如下结果

drwxr-xr-x  7 foxleezh foxleezh   4096 2月  24 14:31 .android

第一个foxleezh表示所有者，这里的foxleezh表示一个用户，类似foxleezh这个人

第二个foxleezh表示文件所有用户组，这里的foxleezh表示一个组，类似foxleezh这个家庭

然后我们来看下dwxr-xr-x,这个要分成四部分来理解，d表示目录（文件用 - 表示），wxr表示所有者权限，xr表示文件所有用户组的权限，x表示其他用户的权限

• w- 表示写权限，用2表示
• x- 表示执行权限，用1表示
• r- 表示读取权限，用4表示
  那么dwxr-xr-x还有种表示方法就是751，是不是感觉跟0755差不多了，那0755前面那个0表示什么意思呢？

0755前面的0跟suid和guid有关

• suid意味着其他用户拥有和文件所有者一样的权限，用4表示
• guid意味着其他用户拥有和文件所有用户组一样的权限，用2表示

三、 初始化日志输出、挂载分区设备

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);

        LOG(INFO) << "init first stage started!";

        if (!DoFirstStageMount()) {
            LOG(ERROR) << "Failed to mount required partitions early ...";
            panic();//重启系统
        }

        ...
    }

3.1 InitKernelLogging

定义在platform/system/core/init/log.cpp

InitKernelLogging首先是将标准输入输出重定向到"/sys/fs/selinux/null"，然后调用InitLogging初始化log日志系统

void InitKernelLogging(char* argv[]) {
    // Make stdin/stdout/stderr all point to /dev/null.
    int fd = open("/sys/fs/selinux/null", O_RDWR); //打开文件
    if (fd == -1) {
        int saved_errno = errno;
        android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);
        errno = saved_errno;
        PLOG(FATAL) << "Couldn't open /sys/fs/selinux/null";
    }
    /*
     * dup2(int old_fd, int new_fd) 的作用是复制文件描述符，将old复制到new,下文中将
     *  0、1、2绑定到null设备上，通过标准的输入输出无法输出信息
     */
    dup2(fd, 0); //重定向标准输入stdin
    dup2(fd, 1);//重定向标准输出stdout
    dup2(fd, 2);//重定向标准错误stderr
    if (fd > 2) close(fd);

    android::base::InitLogging(argv, &android::base::KernelLogger);//初始化log
}

3.2 InitLogging

定义在platform/system/core/base/logging.cpp

InitLogging主要工作是设置logger和aborter的处理函数，然后设置日志系统输出等级

void InitLogging(char* argv[], LogFunction&& logger, AbortFunction&& aborter) {
/*
 * C++中foo(std::forward<T>(arg))表示将arg按原本的左值或右值，传递给foo方法，
   LogFunction& 这种表示是左值，LogFunction&&这种表示是右值
 */
  SetLogger(std::forward<LogFunction>(logger)); //设置logger处理函数
  SetAborter(std::forward<AbortFunction>(aborter));//设置aborter处理函数

  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");//获取系统当前日志输出等级
  if (tags == nullptr) {
    return;
  }

  std::vector<std::string> specs = Split(tags, " "); //将tags以空格拆分成数组
  for (size_t i = 0; i < specs.size(); ++i) {
    // "tag-pattern:[vdiwefs]"
    std::string spec(specs[i]);
    if (spec.size() == 3 && StartsWith(spec, "*:")) { //如果字符数为3且以*:开头
     //那么根据第三个字符来设置日志输出等级（比如*:d,就是DEBUG级别）
      switch (spec[2]) {
        case 'v':
          gMinimumLogSeverity = VERBOSE;
          continue;
        case 'd':
          gMinimumLogSeverity = DEBUG;
          continue;
        case 'i':
          gMinimumLogSeverity = INFO;
          continue;
        case 'w':
          gMinimumLogSeverity = WARNING;
          continue;
        case 'e':
          gMinimumLogSeverity = ERROR;
          continue;
        case 'f':
          gMinimumLogSeverity = FATAL_WITHOUT_ABORT;
          continue;
        // liblog will even suppress FATAL if you say 's' for silent, but that's
        // crazy!
        case 's':
          gMinimumLogSeverity = FATAL_WITHOUT_ABORT;
          continue;
      }
    }
    LOG(FATAL) << "unsupported '" << spec << "' in ANDROID_LOG_TAGS (" << tags
               << ")";
  }
}

3.3 KernelLogger

定义在platform/system/core/base/logging.cpp

在InitKernelLogging方法中有句调用

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

这句的作用就是将KernelLogger函数作为log日志的处理函数,KernelLogger主要作用就是将要输出的日志格式化之后写入到 /dev/kmsg 设备中

void KernelLogger(android::base::LogId, android::base::LogSeverity severity,
                  const char* tag, const char*, unsigned int, const char* msg) {
  // clang-format off
  static constexpr int kLogSeverityToKernelLogLevel[] = {
      [android::base::VERBOSE] = 7,              // KERN_DEBUG (there is no verbose kernel log
                                                 //             level)
      [android::base::DEBUG] = 7,                // KERN_DEBUG
      [android::base::INFO] = 6,                 // KERN_INFO
      [android::base::WARNING] = 4,              // KERN_WARNING
      [android::base::ERROR] = 3,                // KERN_ERROR
      [android::base::FATAL_WITHOUT_ABORT] = 2,  // KERN_CRIT
      [android::base::FATAL] = 2,                // KERN_CRIT
  };
  // clang-format on
  static_assert(arraysize(kLogSeverityToKernelLogLevel) == android::base::FATAL + 1,
                "Mismatch in size of kLogSeverityToKernelLogLevel and values in LogSeverity");
  //static_assert是编译断言，如果第一个参数为true，那么编译就不通过，这里是判断kLogSeverityToKernelLogLevel数组个数不能大于7

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

  int level = kLogSeverityToKernelLogLevel[severity];//根据传入的日志等级得到Linux的日志等级，也就是kLogSeverityToKernelLogLevel对应下标的映射

  // 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);//格式化日志输出
  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;
  TEMP_FAILURE_RETRY(writev(klog_fd, iov, 1));//将日志写入到 /dev/kmsg 中
} 

3.3 DoFirstStageMount

定义在platform/system/core/init/init_first_stage.cpp

主要作用是初始化特定设备并挂载

bool DoFirstStageMount() {
    // Skips first stage mount if we're in recovery mode.
    if (IsRecoveryMode()) { //如果是刷机模式，直接跳过挂载
        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")) { //如果fstab/compatible的值不是android,fstab，直接跳过挂载
        LOG(INFO) << "First stage mount skipped (missing/incompatible fstab in device tree)";
        return true;
    }

    std::unique_ptr<FirstStageMount> handle = FirstStageMount::Create();
    if (!handle) {
        LOG(ERROR) << "Failed to create FirstStageMount";
        return false;
    }
    return handle->DoFirstStageMount(); //主要是初始化特定设备并挂载
} 

3.4 handle->DoFirstStageMount

定义在platform/system/core/init/init_first_stage.cpp

这里主要作用是去解析/proc/device-tree/firmware/android/fstab,然后得到"/system", "/vendor", "/odm"三个目录的挂载信息

FirstStageMount::FirstStageMount()
    : need_dm_verity_(false), device_tree_fstab_(fs_mgr_read_fstab_dt(), fs_mgr_free_fstab) {
    if (!device_tree_fstab_) {
        LOG(ERROR) << "Failed to read fstab from device tree";
        return;
    }
    for (auto mount_point : {"/system", "/vendor", "/odm"}) {
        fstab_rec* fstab_rec =
            fs_mgr_get_entry_for_mount_point(device_tree_fstab_.get(), mount_point); //这里主要是把挂载的信息解析出来
        if (fstab_rec != nullptr) {
            mount_fstab_recs_.push_back(fstab_rec);//将挂载信息放入数组中存起来
        }
    }
} 

四、启用SELinux安全策略

SELinux是「Security-Enhanced Linux」的简称，是美国国家安全局「NSA=The National Security Agency」
和SCC（Secure Computing Corporation）开发的 Linux的一个扩张强制访问控制安全模块。
在这种访问控制体系的限制下，进程只能访问那些在他的任务中所需要文件

if (is_first_stage) {

          ...
          
        //Avb即Android Verfied boot,功能包括Secure Boot, verfying boot 和 dm-verity, 
        //原理都是对二进制文件进行签名，在系统启动时进行认证，确保系统运行的是合法的二进制镜像文件。
        //其中认证的范围涵盖：bootloader，boot.img，system.img
        SetInitAvbVersionInRecovery();//在刷机模式下初始化avb的版本,不是刷机模式直接跳过

        // Set up SELinux, loading the SELinux policy.
        selinux_initialize(true);//加载SELinux policy，也就是安全策略，
        

        // We're in the kernel domain, so re-exec init to transition to the init domain now
        // that the SELinux policy has been loaded.

        /*
         * 1.这句英文大概意思是，我们执行第一遍时是在kernel domain，所以要重新执行init文件，切换到init domain，
         * 这样SELinux policy才已经加载进来了
         * 2.后面的security_failure函数会调用panic重启系统
         */
        if (restorecon("/init") == -1) { //restorecon命令用来恢复SELinux文件属性即恢复文件的安全上下文
            PLOG(ERROR) << "restorecon failed";
            security_failure(); //失败则重启系统
        }

        ...
    }

4.1 selinux_initialize

定义在platform/system/core/init/init.cpp

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); //设置selinux的日志输出处理函数
    cb.func_audit = audit_callback;
    selinux_set_callback(SELINUX_CB_AUDIT, cb);//设置selinux的记录权限检测的处理函数

    if (in_kernel_domain) {//这里是分了两个阶段,第一阶段in_kernel_domain为true,第二阶段为false
        LOG(INFO) << "Loading SELinux policy";
        if (!selinux_load_policy()) {  //加载selinux的安全策略
            panic();
        }

        bool kernel_enforcing = (security_getenforce() == 1); //获取当前kernel的工作模式
        bool is_enforcing = selinux_is_enforcing(); //获取工作模式的配置
        if (kernel_enforcing != is_enforcing) { //如果当前的工作模式与配置的不同,就将当前的工作模式改掉
            if (security_setenforce(is_enforcing)) {
                PLOG(ERROR) << "security_setenforce(%s) failed" << (is_enforcing ? "true" : "false");
                security_failure();
            }
        }

        if (!write_file("/sys/fs/selinux/checkreqprot", "0")) {
            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_ms()).c_str(), 1);
    } else {
        selinux_init_all_handles(); //第二阶段时初始化处理函数
    }
} 

4.2 selinux_set_callback

定义在platform/external/selinux/libselinux/src/callbacks.c

主要就是根据不同的type设置回调函数,selinux_log,selinux_audit这些都是函数指针

void selinux_set_callback(int type, union selinux_callback cb)
{
	switch (type) {
	case SELINUX_CB_LOG:
		selinux_log = cb.func_log;
		break;
	case SELINUX_CB_AUDIT:
		selinux_audit = cb.func_audit;
		break;
	case SELINUX_CB_VALIDATE:
		selinux_validate = cb.func_validate;
		break;
	case SELINUX_CB_SETENFORCE:
		selinux_netlink_setenforce = cb.func_setenforce;
		break;
	case SELINUX_CB_POLICYLOAD:
		selinux_netlink_policyload = cb.func_policyload;
		break;
	}
} 

4.3 selinux_load_policy

定义在platform/system/core/init/init.cpp

这里区分了两种情况,这两种情况只是区分从哪里加载安全策略文件,第一个是从 /vendor/etc/selinux/precompiled_sepolicy 读取
,第二个是从 /sepolicy 读取,他们最终都是调用selinux_android_load_policy_from_fd方法

static bool selinux_load_policy() {
    return selinux_is_split_policy_device() ? selinux_load_split_policy()
                                            : selinux_load_monolithic_policy();
} 

4.4 selinux_android_load_policy_from_fd

定义在platform/external/selinux/libselinux/src/android/android.c

这个函数主要作用是设置selinux_mnt 的值为/sys/fs/selinux ,然后调用security_load_policy

int selinux_android_load_policy_from_fd(int fd, const char *description)
{
	int rc;
	struct stat sb;
	void *map = NULL;
	static int load_successful = 0;

	/*
	 * Since updating policy at runtime has been abolished
	 * we just check whether a policy has been loaded before
	 * and return if this is the case.
	 * There is no point in reloading policy.
	 */
	if (load_successful){
	  selinux_log(SELINUX_WARNING, "SELinux: Attempted reload of SELinux policy!/n");
	  return 0;
	}

	set_selinuxmnt(SELINUXMNT); //SELINUXMNT的值为 /sys/fs/selinux 
	if (fstat(fd, &sb) < 0) {
		selinux_log(SELINUX_ERROR, "SELinux:  Could not stat %s:  %s\n",
				description, strerror(errno));
		return -1;
	}
	/*
	 * mmap 的作用是将一个文件或者其它对象映射进内存
	 */
	map = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0); 
	if (map == MAP_FAILED) {
		selinux_log(SELINUX_ERROR, "SELinux:  Could not map %s:  %s\n",
				description, strerror(errno));
		return -1;
	}

	rc = security_load_policy(map, sb.st_size);
	if (rc < 0) {
		selinux_log(SELINUX_ERROR, "SELinux:  Could not load policy:  %s\n",
				strerror(errno));
		munmap(map, sb.st_size);
		return -1;
	}

	munmap(map, sb.st_size);
	selinux_log(SELINUX_INFO, "SELinux: Loaded policy from %s\n", description);
	load_successful = 1;
	return 0;
} 

4.5 security_load_policy

定义在platform/external/selinux/libselinux/src/load_policy.c

这个函数主要作用就是写入data到/sys/fs/selinux,data其实就是之前找的那些策略文件,由此我们知道,看起来selinux_load_policy调用这么多代码,
其实只是将策略文件拷贝到 /sys/fs/selinux 目录下

int security_load_policy(void *data, size_t len)
{
	char path[PATH_MAX];
	int fd, ret;

	if (!selinux_mnt) { //selinux_mnt的值为 /sys/fs/selinux 
		errno = ENOENT;
		return -1;
	}

	snprintf(path, sizeof path, "%s/load", selinux_mnt);
	fd = open(path, O_RDWR); //打开 /sys/fs/selinux ,然后将data的值写入
	if (fd < 0)
		return -1;

	ret = write(fd, data, len);
	close(fd);
	if (ret < 0)
		return -1;
	return 0;
} 

4.6 security_setenforce

定义在platform/external/selinux/libselinux/src/setenforce.c

selinux有两种工作模式：

• 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,一般eng模式用
• enforcing，所有操作都会进行权限检查。一般user和user-debug模式用

不管是security_setenforce还是security_getenforce都是去操作/sys/fs/selinux/enforce 文件, 0表示permissive 1表示enforcing

int security_setenforce(int value)
{
	int fd, ret;
	char path[PATH_MAX];
	char buf[20];

	if (!selinux_mnt) {
		errno = ENOENT;
		return -1;
	}

	snprintf(path, sizeof path, "%s/enforce", selinux_mnt);
	fd = open(path, O_RDWR); //打开 /sys/fs/selinux/enforce 文件
	if (fd < 0)
		return -1;

	snprintf(buf, sizeof buf, "%d", value);
	ret = write(fd, buf, strlen(buf)); //将value的值写入文件
	close(fd);
	if (ret < 0)
		return -1;

	return 0;
} 

五、开始第二阶段前的准备

这里主要就是设置一些变量如INIT_SECOND_STAGE,INIT_STARTED_AT,为第二阶段做准备,然后再次调用init的main函数，启动用户态的init进程

if (is_first_stage) {

          ...

        setenv("INIT_SECOND_STAGE", "true", 1);

        static constexpr uint32_t kNanosecondsPerMillisecond = 1e6;
        uint64_t start_ms = start_time.time_since_epoch().count() / kNanosecondsPerMillisecond;
        setenv("INIT_STARTED_AT", StringPrintf("%" PRIu64, start_ms).c_str(), 1);//记录第二阶段开始时间戳

        char* path = argv[0];
        char* args[] = { path, nullptr };
        execv(path, args); //重新执行main方法，进入第二阶段

        // 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();
    }

小结

init进程第一阶段做的主要工作是挂载分区,创建设备节点和一些关键目录,初始化日志输出系统,启用SELinux安全策略

[lewis081]

你好。文章非常用心，受益良多。但是有个问题想请教以下。
第五点说的init 启动的第一个阶段到第二个阶段是内核空间到用户空间的切换，这个是为什么呢？
exec 能够换空间？还是空间只是我们人为的定义，对系统来说，并没有进行区分？