今天是农历正月初一，一切又是全新的开始。面向新的一年，我们可能启动了许多有意义的计划，在这个有着特殊意义的日子里，让我们来一起学习一下Android系统是如何启动的。
init进程与init.rc
init进程是一切的开始，在Android系统中，所有进程的进程号都是不确定的，唯独init进程的进程号一定是1。因为这个进程是系统起来的第一个进程。并且，init进程掌控了整个系统的启动流程。
我们知道，Android可能运行在各种不同的平台，不同的设备上。因此，启动的逻辑是不尽相同的。 为了适应各种平台和设备的需求，init进程的初始化工作通过init.rc配置文件来管理。init.rc以Android Init Language作为语法，下文我们简称Android Init Language为init语言。配置文件的主入口文件是/init.rc，这个文件会通过 import关键字引入其他的配置文件。在这里，我们统称这些文件为init.rc。
/init.rc可能import以下路径中的.rc文件：
- /init.${ro.hardware}.rc 硬件厂商提供的主配置文件
- /system/etc/init/ 核心系统模块的配置文件
- /vendor/etc/init/ SoC厂商提供的配置文件
- /odm/etc/init/ 设备制造商提供的配置文件
init语法说明
init语言，以换行为语句分隔，以空格来为符号分隔，以“#“为注释开始。配置文件中支持五种类型的表达式：
- Action： 包含了一系列的Command
- Command： init语言中的命令
- Service： init进程启动的服务
- Option： 对于服务的配置选项
- Import： 引入其他配置文件
这其中，Action和Service需要保证名称唯一。
Action与Command
Action表达式的语法如下：
on <trigger> [&& <trigger>]*
<command>
<command>
<command>
这里的Trigger是Action执行的触发器，当触发器条件满足时，command会被执行。触发器有两类：
- 事件触发器： 事件可以由”trigger”命令发出，也可以是init进程通过
QueueEventTrigger()函数发出 - 属性触发器： 当指定的属性满足时触发
一个Action可以有多个属性触发器，但是只能包含一个事件触发器。下面是一些例子：
on boot && property:a=b在”boot”事件发生时，并且属性a的值是b时触发on property:a=b && property:c=d在属性a的值是b并且属性c的值是d时触发
Action中的Command是init语言定义的命令，所有支持的命令如下表所示：
| Command | 参数格式 | 说明 |
|---|---|---|
| bootchart_init | - | 启动bootchart |
| chmod | octal-mode path | 改变文件的访问权限 |
| chown | owner group path | 改变文件的拥有者和组 |
| class_start | serviceclass | 启动指定类别的服务 |
| class_stop | serviceclass | 停止并disable指定类别的服务 |
| class_reset | serviceclass | 停止指定类别的服务，但是不disable它们 |
| copy | src dst | 拷贝文件 |
| domainname | name | 设置域名 |
| enable | servicename | enable一个被disable的服务 |
| exec | [seclabel[user[group]]] -- command [argument]* | fork一个子进程来执行指定的命令 |
| export | name value | 导出环境变量 |
| hostname | name | 设置host名称 |
| ifup | iterface | 使网卡在线 |
| insmod | path | 安装指定路径的模块 |
| load_all_props | - | 从/system, /vendor等路径载入属性 |
| load_persist_props | - | 载入持久化的属性 |
| loglevel | level | 设置内核的日志级别 |
| mkdir | path [mode] [owner] [group] | 创建目录 |
| mount_all | fstab [ path ]* [--option] | 挂载文件系统并且导入指定的.rc文件 |
| mount | type device dir [ flag ]* [options] | 挂载一个文件系统 |
| powerctl | - | 内部实现使用 |
| restart | service | 重启服务 |
| restorecon | path [ path ]* | 设定文件的安全上下文 |
| restorecon_recursive | path [ path ]* | restorecon的递归版本 |
| rm | path | 对于指定路径调用unlink(2) |
| rmdir | path | 删除文件夹 |
| setprop | name value | 设置属性值 |
| setrlimit | resource cur max | 指定资源的rlimit |
| start | service | 启动服务 |
| stop | service | 停止服务 |
| swapon_all | fstab | 在指定文件上调用fs_mgr_swapon_all |
| symlink | target path | 创建符号链接 |
| sysclktz | mins_west_of_gmt | 指定系统时钟基准 |
| trigger | event | 触发一个事件 |
| umount | path | unmount指定的文件系统 |
| verity_load_state | - | 内部实现使用 |
| verity_update_state | mount_point | 内部实现使用 |
| wait | path [ timeout ] | 等待某个文件存在直到超时，若存在则直接返回 |
| write | path content | 写入内容到指定文件 |
Service与Option
Service是init进程启动的可执行程序。服务可以选择在自己退出之后，由init将其重启。
Service表达式的语法如下：
service <name> <pathname> [ <argument> ]*
<option>
<option>
Option是对服务的修饰，它们影响着init进程如何以及何时启动服务。所有支持的option如下表所示：
| option | 参数格式 | 说明 |
|---|---|---|
| critical | - | 标识为系统关键服务，该服务若退出多次将导致系统重启到recovery模式 |
| disabled | - | 不会随着类别自动启动，必须明确start |
| setenv | name value | 为启动的进程设置环境变量 |
| socket | name type perm [user [group [seclabel]]] | 创建Unix Domain Socket |
| user | username | 在执行服务之前切换用户 |
| group | groupname [ groupname]* | 在执行执行之前切换组 |
| seclabel | seclabel | 在执行服务之前切换seclabel |
| oneshot | - | 一次性服务，死亡之后不用重启 |
| class | name | 指定服务的类别 |
| onrestart | - | 当服务重启时执行指定命令 |
| writepid | file… | 写入子进程的pid到指定文件 |
Import
import是一个关键字，并不是一个命令。可以在.rc文件中通过这个关键字来加载其他的.rc文件。它的语法很简单：
import path
path可以是另外一个.rc文件，也可以是一个文件夹。如果是文件夹，那么这个文件夹下面的所有文件都会被导入，但是它不会循环加载子目录中的文件。
init.rc代码实例
AOSP中包含了Android系统需要的最基本的.rc文件，它们位于这个路径：/system/core/rootdir/ 。
我们选取其中了一两个代码片段来了解一下：
# /system/core/rootdir/init.rc
import /init.environ.rc
import /init.usb.rc
import /init.${ro.hardware}.rc
import /init.usb.configfs.rc
import /init.${ro.zygote}.rc
on early-init
# Set init and its forked children's oom_adj.
write /proc/1/oom_score_adj -1000
# Disable sysrq from keyboard
write /proc/sys/kernel/sysrq 0
# Set the security context of /adb_keys if present.
restorecon /adb_keys
# Shouldn't be necessary, but sdcard won't start without it. http://b/22568628.
mkdir /mnt 0775 root system
# Set the security context of /postinstall if present.
restorecon /postinstall
start ueventd
on init
sysclktz 0
# Mix device-specific information into the entropy pool
copy /proc/cmdline /dev/urandom
copy /default.prop /dev/urandom
# Backward compatibility.
symlink /system/etc /etc
symlink /sys/kernel/debug /d
# Link /vendor to /system/vendor for devices without a vendor partition.
symlink /system/vendor /vendor
...
这是根目录/init.rc文件中一开始的代码片段。有了前面的讲解之后，这段代码应当还是比较好理解的。在这段代码中：
- 通过import关键字引入了其他几个.rc文件
- 设定了一个事件为early-init的Action
- 设定了一个事件init的Action
“eraly-init”和”init”这两个事件都是由init进程发出的。
下面，我们再来看另外一个代码片段：
# /system/core/rootdir/init.zygote32.rc
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
socket zygote stream 660 root system
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart audioserver
onrestart restart cameraserver
onrestart restart media
onrestart restart netd
writepid /dev/cpuset/foreground/tasks
这段代码定义了一个名称为zygote的Service，这个服务是通过可执行命令/system/bin/app_process启动的，启动的时候传递了参数：-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server。
Zygote是Android系统中一个非常重要的服务，zygote的中文意思是“受精卵“。这是一个很有寓意的名称：所有的应用进程都是由zygote fork出来的子进程，因此zygote进程是所有应用进程的父进程。
关于Zygote，我们已经在另外一篇文章中讲解过了，参见这里Zygote进程，有兴趣的读者可以再次回顾一下。
结束语
Android系统是一个跨越了多种设备的操作系统，从最初的系统的研发到最终终端用户的使用，这其中经历了许多道的开发流程。而每一道流程的开发者都有可能对系统做不同程度的定制。
Android系统的设计者从一开始就考虑到了这种复杂性，这一点从很多系统模块的设计中很能看得出来。系统启动的机制便是一个很好的范例：这里在保证系统核心服务启动顺序的前提下，还为不同阶段的开发者预留好了便于调整和扩展的机制，并且不用修改任何的源代码。
这种对于“开闭原则”的遵守，是非常值得我们学习的。
