Linux啟動分析——init進程與app啟動
概述
本文通過簡要分析init進程源碼，梳理其處理流程，重點關注init進程如何啟動應用程序，總結啟動腳本文件的編寫思路
init進程源碼分析
init進程是linux內核啟動的第一個進程，怎么知道的?從內核源碼linux-2.6.xxx/init/main.c代碼的kernel_init()函數分析，可以發現，內核會根據uboot傳入的參數來啟動第一個進程，一般都是init
怎么啟動的呢，調用kernel_execve()函數完成的，猜測是從根文件系統的/sbin/init來啟動的，linux的任何應用程序都是基于文件系統的，啟動應用程序前提是根文件系統已經掛載好了。好，那么根文件系統又是從哪里來的呢，是由busybox這個工具配置編譯生成的，所以要分析init源碼，要去busybox里找init的源碼
源碼位置：/busybox/init/init.c，在其中查找main()函數，發現只有init_main()，沒有main()，可以猜測busybox是通過一些方法將init進程的入口修改為init_main()，實際上所有busybox的命令工具都是一個到busybox程序的鏈接，
- cd /sbin
- ls -l init
- lrwxrwxrwx 1 root 0 14 Nov 16 2016 init -> ../bin/busybox
可以看到，init進程其實是到busybox的鏈接，不用管它，知道init進程的入口是init_main()函數就行了
- #if DEBUG_SEGV_HANDLER
- {
- struct sigaction sa;
- memset(&sa, 0, sizeof(sa));
- sa.sa_sigaction = handle_sigsegv;
- sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
- sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);
- ......
- }
- #endif
- ......
- console_init();
- set_sane_term();
- ......
- /* Make sure environs is set to something sane */
- putenv((char *) "HOME=/");
- putenv((char *) bb_PATH_root_path);
- putenv((char *) "SHELL=/bin/sh");
- putenv((char *) "USER=root"); /* needed? why? */
這一段是init進程最開始要做的事情，設置一些信號相關的東西，初始化console，然后設置環境變量，跟啟動app似乎沒有什么關系，不用管，繼續往下看
- /* Check if we are supposed to be in single user mode */
- if (argv[1]
- && (strcmp(argv[1], "single") == 0 || strcmp(argv[1], "-s") == 0 || LONE_CHAR(argv[1], '1'))
- ) {
- /* ??? shouldn't we set RUNLEVEL="b" here? */
- /* Start a shell on console */
- new_init_action(RESPAWN, bb_default_login_shell, "");
- } else {
- /* Not in single user mode - see what inittab says */
- /* NOTE that if CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB is NOT defined,
- * then parse_inittab() simply adds in some default
- * actions (i.e., INIT_SCRIPT and a pair
- * of "askfirst" shells) */
- parse_inittab();
- }
這一段代碼是一個if判斷，注釋說如果是single user mode，則走上半段代碼，如果不是single user mode，則調用parse_inittab() 函數，因為內核啟動init進程沒有傳入附加參數，所以argv[1]不存在，程序走parse_inittab()
注釋還說如果沒有定義CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB 這個宏，程序會執行一些默認的action，那怎么知道這個宏定義了沒有呢，猜測這個宏應該是對busybox配置時的選項，好，怎么查看busybox配置呢，和linux內核配置一樣的道理，結合make menuconfig和各級config文件來看
是否定義了宏CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB?
在busybox中執行make meunconfig，進入熟悉的配置界面
大概瀏覽一下，和init有關系的好像有個Init Utilities項，進去
這里面有一項“Support reading an inittab file”，這個配置項是選中的，描述中有“inittab”這個單詞，和init源碼中說到的parse_inittab()很相似，好，make menuconfig先放到一邊，來看看配置文件，打開頂層目錄的Config.in，全局搜一下"init"，發現只有最下面有：
- source init/Config.in
進入init文件夾，打開其中的Config.in文件，發現配置項
- config FEATURE_USE_INITTAB
- bool "Support reading an inittab file"
- default y
- depends on INIT
- help
- Allow init to read an inittab file when the system boot.
猜測沒錯，CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB這個宏確實定義了，回到init源碼分析，進入parse_inittab()函數。首先看到這個函數前有一大段注釋，看看它說什么
- /* NOTE that if CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB is NOT defined,
- * then parse_inittab() simply adds in some default
- * actions (i.e., runs INIT_SCRIPT and then starts a pair
- * of "askfirst" shells). If CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB
- * _is_ defined, but /etc/inittab is missing, this
- * results in the same set of default behaviors.
- */
前面的話和之前的if判斷意思差不多，如果定義了XXX這個宏，但是/etc/inittab這個文件沒有，也會走默認的action，好，大概猜想一下，parse_inttab()函數好像和要分析的app啟動有點關系了，如果定義了XXX宏，就去解析/etc/inittab這個文件，執行里面的東西，如果沒有定義XXX宏或者/etc/inittab文件不存在，執行一些默認的東西
好，搞清楚一件事，/etc/inittab這個文件很重要，可能需要自己來創建這個文件，往里面寫東西，但是寫什么內容呢?目前還不知道。那如果不走/etc/inittab這一條路呢，默認會執行的action又是什么意思?來分析一下parse_inittab()這個函數
- static void parse_inittab(void)
- {
- #if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
- char *token[4];
- parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);
- if (parser == NULL)
- #endif
- {
- /* No inittab file - set up some default behavior */
- /* Sysinit */
- new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");
- /* Askfirst shell on tty1-4 */
- new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
- //TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry users
- new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
- new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);
- new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);
- /* Reboot on Ctrl-Alt-Del */
- new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");
- /* Umount all filesystems on halt/reboot */
- new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");
- /* Swapoff on halt/reboot */
- new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");
- /* Restart init when a QUIT is received */
- new_init_action(RESTART, "init", "");
- return;
- }
- #if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
- /* optional_tty:ignored_runlevel:action:command
- * Delims are not to be collapsed and need exactly 4 tokens
- */
- while (config_read(parser, token, 4, 0, "#:",
- PARSE_NORMAL & ~(PARSE_TRIM | PARSE_COLLAPSE))) {
- /* order must correspond to SYSINIT..RESTART constants */
- static const char actions[] ALIGN1 =
- "sysinit\0""wait\0""once\0""respawn\0""askfirst\0"
- "ctrlaltdel\0""shutdown\0""restart\0";
- int action;
- char *tty = token[0];
- if (!token[3]) /* less than 4 tokens */
- goto bad_entry;
- action = index_in_strings(actions, token[2]);
- if (action < 0 || !token[3][0]) /* token[3]: command */
- goto bad_entry;
- /* turn .*TTY -> /dev/TTY */
- if (tty[0]) {
- tty = concat_path_file("/dev/", skip_dev_pfx(tty));
- }
- new_init_action(1 << action, token[3], tty);
- if (tty[0])
- free(tty);
- continue;
- bad_entry:
- message(L_LOG | L_CONSOLE, "Bad inittab entry at line %d",
- parser->lineno);
- }
- config_close(parser);
- #endif
- }
首先去讀了/etc/inittab這個文件，如果不存在，執行了很多new_init_action() ，如果存在，就走了一個while()循環，猜測應該是解析/etc/inittab文件的內容，根據文件的內容執行new_init_action() 。好，那么inittab文件到底寫什么格式，什么東西呢，while()循環里面有一個static const char actions[]數組看起來像是和inittab的內容有關系，里面有“sysinit”等字符串，但是還是沒辦法搞清楚怎么寫inittab文件
inittab文件怎么寫
/busybox/examples/下面找到一個inittab腳本的例子，打開，看到一個類似格式說明的句子：
- Format for each entry: <id>:<runlevels>:<action>:<process>
猜測inittab文件里可以有多條entry，每條entry格式中有id、runlevels、action和process這四項內容，這里也出現了action，和代碼里的action數組很像。文件里又說id和runlevels無關緊要，好，要搞清楚inittab怎么寫，關鍵在于理解action和process，繼續看說明
action
action包括：sysinit、respawn、askfirst、wait、once、restart、ctrlaltdel、和shutdown共八種，
process
指定要運行的程序和它的參數
然后還說了如果沒有inittab文件，則運行以下內容
- ::sysinit:/etc/init.d/rcS
- ::askfirst:/bin/sh
- ::ctrlaltdel:/sbin/reboot
- ::shutdown:/sbin/swapoff -a
- ::shutdown:/bin/umount -a -r
- ::restart:/sbin/init
- tty2::askfirst:/bin/sh
- tty3::askfirst:/bin/sh
- tty4::askfirst:/bin/sh
這應該就是代碼中如果讀不到inittab文件，則執行的一系列net_init_action的內容
再往下看，出現的第一條示例entry
- ::sysinit:/etc/init.d/rcS
是不是很熟悉，linux系統嵌入式設備里通常會有/etc/init.d/rcS這個文件，它是一個shell腳本，根據前面的格式，分析一下，id和runlevel為空，action為sysinit，process為/etc/init.d/rcS，所以第一件要干的事情是去執行rcS腳本，而rcS腳本里可以做自己想做的任何事情了
下一條示例是
- ::askfirst:-/bin/sh
注釋說的是啟動shell到console口，不管，繼續看
- tty4::respawn:/sbin/getty 38400 tty5
- tty5::respawn:/sbin/getty 38400 tty6
開啟getty
- ::restart:/sbin/init
指定init進程的重啟位置
- ::ctrlaltdel:/sbin/reboot
- ::shutdown:/bin/umount -a -r
- ::shutdown:/sbin/swapoff -a
在重啟之前要做的事情
再回到代碼上，這個while()循環遍歷了inittab文件的每一個entry，解析出entry的四個部分：id、runlevel、action和process，放到一個指針數組char *token[4]中，則token[2]和token[3]代表action和process，程序里調用index_in_strings()函數將token[2]轉成字符串，即“sysinit”等值，再調用net_init_action()，分析net_init_action()源碼可以看出，其實只是把這些action和process添加到一個鏈表中，并沒有做實際的處理，真正的處理在后續的代碼中，parse_inittab()函數返回，
- ......
- /* Now run everything that needs to be run */
- /* First run the sysinit command */
- run_actions(SYSINIT);
- check_delayed_sigs();
- /* Next run anything that wants to block */
- run_actions(WAIT);
- check_delayed_sigs();
- /* Next run anything to be run only once */
- run_actions(ONCE);
- /* Now run the looping stuff for the rest of forever.
- */
- while (1) {
- ......
這里調用run_action()運行鏈表中每一個entry，并且首先運行的是action為sysinit的動作
總結
到這里，大致搞清楚了init進程是怎么啟動app的了，上流程圖
簡單來說，init進程首先分析/etc/inittab文件，當然，可以自己修改busybox源碼，讓它從任意文件開始分析，如果不存在inittab文件，則執行默認的action;如果inittab文件存在，則根據inittab文件中的條目執行，通常是去/etc/init.d/rcS文件中執行腳本命令，當然，修改源碼，你也可以讓它執行別的腳本
rcS腳本是以shell腳本語言編寫，一般的套路是
- 加載驅動模塊
- 配置網絡，建橋、配網卡地址
- 啟動app
