Android init进程——属性服务

目录

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概述

init是一个进程，确切的说，它是Linux系统中用户空间的第一个进程。由于Android是基于Linux内核的，所以init也是Android系统中用户空间的第一个进程。init的进程号是1。作为天字第一号进程，init有很多重要的工作：

1. init提供property service（属性服务）来管理Android系统的属性。
2. init负责创建系统中的关键进程，包括zygote。

以往的文章一上来就介绍init的源码，但是我这里先从这两个主要工作开始。搞清楚这两个主要工作是如何实现的，我们再回头来看init的源码。

这篇文章主要是介绍init进程的属性服务。

跟init属性服务相关的源码目录如下：

1. system/core/init/
2. bionic/libc/bionic/
3. system/core/libcutils/

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属性服务

在windows平台上有一个叫做注册表的东西，它可以存储一些类似key/value的键值对。一般而言，系统或者某些应用程序会把自己的一些属性存储在注册表中，即使系统重启或应用程序重启，它还能根据之前在注册表中设置的属性值，进行相应的初始化工作。

Android系统也提供了类似的机制，称之为属性服务（property service）。应用程序可以通过这个服务查询或者设置属性。我们可以通过如下命令，获取手机中属性键值对。

adb shell getprop

例如红米Note手机的属性值如下：

[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函数中，跟属性服务的相关代码如下：

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

接下来，我们分别看一下这两处代码的具体实现。

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属性服务初始化

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创建存储空间

首先，我们先来看一下property_init函数的源码（/system/core/init/property_service.c）：

void property_init(void){    init_property_area();}

property_init函数中只是简单的调用了init_property_area方法，接下来我们看一下这个方法的具体实现：

static int property_area_inited = 0;static workspace pa_workspace;static int init_property_area(void){    // 属性空间是否已经初始化    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;}

从init_property_area函数，我们可以看出，函数首先判断属性内存区域是否已经初始化过，如果已经初始化，则返回-1。如果没有初始化，我们接下来会发现有两个关键函数__system_property_area_init和init_workspace应该是跟内存区域初始化相关。那我们分别分析一下这两个函数具体实现。

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__system_property_area_init

__system_property_area_init函数位于/bionic/libc/bionic/system_properties.c文件中，具体代码实现如下：

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 ==> 读写     * O_CREAT ==> 若不存在，则创建     * O_NOFOLLOW ==> 如果filename是软链接，则打开失败     * O_EXCL ==> 如果使用O_CREAT是文件存在，则可返回错误信息     */    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映射文件实现共享内存    pa = mmap(NULL, pa_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);    if (pa == MAP_FAILED)        goto out;    /*初始化内存地址中所有值为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();}

代码比较好理解，主要内容是利用mmap映射property_filename创建了一个共享内存区域，并将共享内存的首地址赋值给全局变量__system_property_area__。

Tips
主要是想说一下struct prop_area的结构体定义很精妙。特别是char data[];的定义。这里char data[]可以理解成动态数组指针，但是它并没有被占用内存空间。所以计算pa->bytes_used的时候，并没有计算char data[]占用的空间。

但是，char data[]又是动态数组，我理解mmap分配的内存，prop_area除了头部占用了部分空间(即sizeof(prop_area))，其他的都是char data去支配了。
按照我的理解，最终属性也应该分配到char data[]所指向的内存中去。为了验证我的想法，我会跟踪property_set方法的具体实现。

property_set

property_set是在/system/core/init/property_service.c文件中定义的，具体源码如下：

int property_set(const char *name, const char *value){    prop_info *pi;    int ret;    unsigned int namelen = strlen(name);    unsigned int valuelen = strlen(value);    if (!is_legal_property_name(name, namelen)) return -1;    if (valuelen >= PROP_VALUE_MAX) return -1;    pi = (prop_info*) __system_property_find(name);    // ......省略后续代码，之后重点分析__system_property_find即可}static bool is_legal_property_name(const char *name, unsigned int namelen){    if (namelen >= PROP_NAME_MAX) return false;    if (namelen < 1) return false;    if (name[0] == '.') return false;    if (name[namelen - 1] == '.') return false;    /* Only allow alphanumeric, plus '.', '-', or '_'*/    /* Don't allow ".." to appear in a property name */    unsigned int i;    bool previous_was_dot = false;    for (i = 0; i < namelen; i ++) {        if (name[i] == '.') {            if (previous_was_dot == true) return false;            previous_was_dot = true;            continue;        }        previous_was_dot = false;        if (name[i] == '_' || name[i] == '-') continue;        if (name[i] >= '0' && name[i] <= '9') continue;        if (name[i] >= 'a' && name[i] <= 'z') continue;        if (name[i] >= 'A' && name[i] <= 'Z') continue;        return false;    }    return true;}

可以看到，在property_set方法中，当添加一个(name, value)键值对时，会先在当前的属性空间中查找该键值对是否已经存在。根据我们之前的分析，这里查找的属性空间应该是prop_area结构体所指向的data区域。接下来，让我们深入代码去验证我们的想法。

__system_property_find函数是在/bionic/libc/bionic/system_properties.c文件中定义的：

const prop_info *__system_property_find(const char *name){    return find_property(root_node(), name, strlen(name), NULL, 0, false);}// 分析一下root_node的实现static prop_bt *root_node(){    return to_prop_obj(0);}static void *to_prop_obj(prop_off_t off){    if (off > pa_data_size) {        return NULL;    }    // 注意，这里off的值为0    // 所以，验证了我们的想法，prop_area结构体的char data[]果然是属性空间的起始地址    return __system_property_area__->data + off;}

上面的代码已经验证了我之前所说的想法：data指针指向的区域是属性内容的起始地址。
大家感兴趣可以自己阅读代码，看一下属性键值对是如何在属性空间中存储的。（我大体看了一下，貌似是很简单的二叉查找树的形式）。

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Tips
关于mmap映射文件实现共享内存IPC通信机制，可以参考这篇文章：mmap实现IPC通信机制

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init_workspace

接下来，我们来看一下init_workspace函数的源码（/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;}

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客户端进程访问属性内存区域

虽然属性内存区域是init进程创建的，但是Android系统希望其他进程也能够读取这块内存区域里的内容。为了做到这一点，init进程在属性区域初始化过程中做了如下两项工作：

1. 把属性内存区域创建在共享内存上，而共享内存是可以跨进程的。这一点，在上述代码中是通过mmap映射/dev/__properties__文件实现的。pa_workspace变量中的fd成员也保存了映射文件的句柄。
2. 如何让其他进程知道这个共享内存句柄呢？Android先将文件映射句柄赋值给__system_property_area__变量，这个变量属于bionic_lic库中的输出的一个变量，然后利用了gcc的constructor属性，这个属性指明了一个__lib_prenit函数，当bionic_lic库被加载时，将自动调用__libc_prenit，这个函数内部完成共享内存到本地进程的映射工作。

只讲原理是不行的，我们直接来看一下__lib_prenit函数代码的相关实现：

void __attribute__((constructor)) __libc_prenit(void);void __libc_prenit(void){    // ...    __libc_init_common(elfdata); // 调用这个函数    // ...}

__libc_init_common函数为：

void __libc_init_common(uintptr_t *elfdata){    // ...    __system_properties_init(); // 初始化客户端的属性存储区域}

__system_properties_init函数有回到了我们熟悉的/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创建的属性内存到本地进程空间，这样本地进程就可以使用这块共享内存了。     * 注意：映射时制定了PROT_READ属性，所以客户端进程只能读属性，不能设置属性。     */    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();}

通过对源码的阅读，可以发现，客户端通过mmap映射，可以读取属性内存的内容，但是没有权限设置属性。那客户端是如何设置属性的呢？这就涉及到下面要将的属性服务器了。

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属性服务器的分析

init进程会启动一个属性服务器，而客户端只能通过与属性服务器的交互来设置属性。

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启动属性服务器

先来看一下属性服务器的内容，它由property_service_init_action函数启动，源码如下（/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;        // 赋值下一行的指针给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;}

从上述代码可以看到，init进程除了会预写入指定文件（例如：system/build.prop）属性外，还会创建一个UNIX Domain Socket，用于接受客户端的请求，构建属性。那这个socket请求是再哪里被处理的呢？
答案是：在init中的for循环处已经进行了相关处理。

更多关于UNIX Domain Socket IPC的介绍，可以考虑这篇文章：UNIX Domain Socket IPC

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服务端处理设置属性请求

接收属性设置请求的地方是在init进程中，相关代码如下所示：

int main(int argc, char **argv){    // ...省略不相关代码    for (;;) {        // ...        for (i = 0; i < fd_count; i ++) {            if (ufds[i].fd == get_property_set_fd())                handle_property_set_fd();        }    }}

从上述代码可以看出，当属性服务器收到客户端请求时，init进程会调用handle_property_set_fd函数进行处理，函数位置是：system/core/init/property_service.c，我们来看一下这个函数的实现源码：

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连接    if ((s = accept(property_set_fd, (struct sockaddr *) &addr, &addr_size)) < 0) {        return;    }    // 接收客户端请求数据    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;    }}

当客户端的权限满足要求时，init就调用property_set进行相关处理。property_set源码实现如下：

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;    // 从属性空间中寻找是否已经存在该属性值    pi = (prop_info*) __system_property_find(name);    if (pi != 0) {        // ro开头的属性被设置后，不允许再被修改        if (! strncmp(name, "ro.", 3)) return -1;        __system_property_update(pi, value, valuelen);    } else {        ret = __system_property_add(name, namelen, value, valuelen);    }    // 有一些特殊的属性需要特殊处理，例如net.和persist.开头的属性    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;}

属性服务器端的工作基本到这里就完成了。最后，我们来看一下客户端是如何发送设置属性的socket请求。

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客户端发送请求

客户端设置属性时是调用了property_set(“sys.istest”, “true”)方法。从上述分析可知，该方法实现跟服务器端的property_set方法不同，该方法一定是发送了socket请求，该方法源码位置为：/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调用了__system_property_set方法，这个方法位于：/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;}