Init 进程启动分析三

Android童话镇
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Android 系统启动中 Init 进程第二阶段（second_stage）的核心逻辑，解析从安全初始化到系统服务启动的关键步骤：

一、第二阶段入口：SecondStageMain 函数的初始化

在完成 SELinux 初始化后，Init 进程通过 execv 带参数 second_stage 进入第二阶段，核心逻辑在 SecondStageMain 函数中执行。这一阶段的目标是：

  • 完成系统属性初始化
  • 启动进程监控机制
  • 加载系统服务配置文件
  • 为启动 Zygote、SystemServer 等核心服务做最终准备

二、关键步骤详解

1. 进程安全与优先级设置

  • 注册崩溃重启信号：
    与第一阶段类似，通过 InstallRebootSignalHandlers 监听致命信号（如 SIGABRT），开发模式下崩溃时直接重启到 Bootloader。

  • 设置最高进程优先级：

    c

    WriteFile("/proc/1/oom_score_adj", "-1000");
    • oom_score_adj 是 Android 的进程优先级值，范围从 -1000（最高优先级）到 +1000（最低）。
    • Init 作为根进程，设置为 -1000 确保系统运行时始终保留，不会被内存管理机制杀死。

  • 启用系统调用过滤（Seccomp） ：
    通过 GlobalSeccomp() 限制 Init 进程可用的系统调用，减少潜在安全风险（如禁止危险的内核操作）。

2. 系统标记与密钥管理

  • 创建引导进行中标记：

    c

    close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000));
    • 在 /dev 下创建 .booting 文件，作为系统启动中的临时标记，供其他进程（如固件加载器）检测启动状态。

  • 内核密钥服务初始化：

    c

    keyctl_get_keyring_ID(KEY_SPEC_SESSION_KEYRING, 1);
    • 调用内核密钥管理接口，为后续加密操作（如文件加密 FBE）准备密钥缓存，确保安全上下文的密钥可用。

3. 属性系统：Android 的「全局配置中心」

属性系统是 Android 中存储全局配置的核心机制（如设备型号、语言设置），第二阶段的初始化步骤包括：

  1. 解析内核启动参数：

    • process_kernel_dt() ：从设备树（Device Tree）读取硬件相关配置（如分区挂载点），设置 ro.boot 开头的属性（如 ro.boot.vendor_id）。

    • process_kernel_cmdline() ：解析内核命令行参数（如 androidboot.hardware=ranchu），转换为系统属性。

      • 示例：命令行参数 androidboot.storagemedia=emmc 会生成 ro.boot.storagemedia=emmc。

  2. 导出内核属性：

    c

    export_kernel_boot_props();
    • 将内核相关属性（如序列号）同步到用户空间可访问的属性（如 ro.serialno 来自 ro.boot.serialno）。

  3. 加载默认属性文件：

    c

    property_load_boot_defaults(load_debug_prop);
    • 读取 /system/etc/prop.default、/system/build.prop 等文件，设置系统默认属性（如 ro.product.model）。

4. SELinux 二次配置：确保安全上下文生效

  • 日志重定向：再次调用 SelinuxSetupKernelLogging()，确保第二阶段的 SELinux 日志仍写入内核缓冲区。

  • 安全上下文校验：

    c

    SelinuxRestoreContext();
    • 遍历关键文件（如 /system/bin 下的可执行文件），通过 restorecon 命令应用默认安全标签，确保文件访问权限符合 SELinux 策略。

5. 进程监控与服务启动

  • 初始化 epoll 事件监听：

    c

    Epoll epoll;
InstallSignalFdHandler(&epoll);
    • 使用 Linux 的 epoll 机制监控子进程退出信号（SIGCHLD），当子进程（如 Zygote）崩溃时，Init 可及时回收资源并重启服务。

  • 启动属性服务（Property Service） ：

    c

    StartPropertyService(&epoll);
    • 属性服务是 Android 系统的「全局配置中心」，允许进程通过 property_get/property_set 接口读写系统属性，支持跨进程通信。

  • 处理分区挂载与清理：

    • 卸载临时挂载点 /debug_ramdisk。
    • 挂载厂商覆盖分区（/system/vendor_overlay），确保不同设备的定制化配置生效。

三、关键知识点总结

  1. 属性系统的核心作用：

    • 系统属性是 Android 的「全局变量」，贯穿启动流程（如 ro.boot 系列属性决定设备型号、分区布局）。
    • 示例：ro.boot.selinux=enforcing 控制 SELinux 运行模式，ro.product.name 决定系统显示名称。

  2. 进程优先级与监控：

    • Init 通过 oom_score_adj 确保自身不被杀死，通过 epoll 监听子进程状态，实现「守护进程」的职责（如重启崩溃的 Zygote）。

  3. 安全机制的分层实现：

    • 第一阶段完成 SELinux 策略加载，第二阶段校验文件安全上下文，确保用户空间服务在严格的安全域中运行。

  4. 阶段切换的设计思想：

    • 第一阶段：「最小化环境搭建」（挂载文件系统、基础安全）。
    • 第二阶段：「功能完善与服务启动」（属性初始化、进程监控、服务配置）。
    • 通过分阶段解耦，降低启动流程的复杂度，便于问题定位（如属性错误可直接追溯到第二阶段）。

四、类比说明

Init 进程的第二阶段类似「操作系统的初始化向导」：

  • 设置优先级：如同给向导最高权限，确保其能完成所有配置步骤。

  • 属性系统：类似向导中的「配置表单」，填写设备型号、语言等信息，供后续应用读取。

  • SELinux 校验：类似向导中的「安全检查」，确保所有配置符合安全规范（如禁止应用访问敏感目录）。

  • 启动属性服务：如同启动「全局配置数据库」，允许所有应用查询和修改系统参数。

通过这一阶段，Android 系统从「内核控制的裸机环境」过渡到「用户空间主导的可配置环境」，为最终启动桌面（Launcher）和应用程序奠定基础。

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