如何优雅的了解OpenHarmony-v4.1-Release的init启动流程

news2024/11/26 22:52:52

一、启动概述

在产品代码成功编译通过后，开始进行下一步的运行调测阶段，而运行调测第一步便需要了解系统的启动过程。对于 OpenHarmony 来说，系统启动流程如下：

---> uboot启动
    ---> uboot启动内核
        ---> 内核挂载根文件系统（此时为ramdisk文件系统）
            ---> 运行ramdisk中的第一个程序
                ---> 根据fstab中内容挂载文件系统
                    ---> 切换root路径为/usr
                        ---> 第一个程序为init则进行系统初始化
                        ---> 第一个程序为init_early则通过execv启动init

关于 uboot 启动到内核挂载根文件系统部分属于 Linux 内容，这里不做介绍，以下我们开始来介绍从 ramdisk 启动的第一个程序，我们以 init_early 模式为例开启我们新的篇章

二、ramdisk 文件系统介绍

2.1 什么是 ramdisk 文件系统

ramdisk 是一种将内存中的的一块区域作为物理磁盘来使用的一种技术，也可以说，ramdisk 是在一块内存区域中创建的块设备，用于存放文件系统。对于用户来说，可以把 ramdisk 与通常的硬盘分区同等对待来使用。ramdisk 不适合作为长期保存文件的介质，掉电后 ramdisk 的内容会消失。

2.2 ramdisk 文件系统和 ramdisk.img 有什么关系

在 Linux 中，根文件系统是需要挂载到实际的物理磁盘中的，而 ramdisk.img 便是 ramdisk 文件系统挂载的磁盘，即 ramdisk.img 是 ramdisk 文件系统的打包镜像。
可以对比 rootfs，我们通过 busybox 制作出来的是 rootfs 文件系统，但是实际启动使用的时候我们时我们需要将 rootfs 文件系统打包制作成 rootfs.ext4 一样。

三、init_early 程序介绍

3.1 init_early 程序注意事项

init_early 程序作为第一个启动的程序，由于当前挂载的文件系统为 ramdisk 文件系统，该系统的目的仅仅是为了拉起 OpenHarmony 真正的文件系统，可以说仅仅是为了 init_early 程序的运行，因此内部的库很少，仅有以下内容，所以 init_early 程序仅可以依赖以下这些库

wen_fei@rh-Z790-UD:~/OpenHarmony/dayu800-v4.1-release/out/dayu800/packages/phone/ramdisk/lib64
$ tree
.
├── chipset-pub-sdk
│   ├── libpcre2.z.so
│   ├── libsec_shared.z.so
│   └── libselinux.z.so
├── libclang_rt.asan.so
├── libc++.so
├── libc.so
├── libinit_module_engine.so -> libinit_stub_empty.so
├── libinit_stub_empty.so
├── libload_policy.z.so
└── platformsdk
    └── librestorecon.z.so

3.2 为什么要有 init_early 程序

作为第一个基于 ramdisk 文件系统启动的程序，能够依赖的库有限，因此能实现的功能相对也不能复杂，通过使用 init_early 拉起 init 进程可以在尽可能减小 ramdisk.img 大小的同时很好的让 init 程序开发更加丰富的内容。
其次如果 init 程序加载有问题也可以通过 init_early 程序先启动到 shell，然后在 shell 中运行 init 进行调测。
以上内容均为个人猜想。

3.3 init_early 代码路径

该部分代码的编译参考：base/startup/init/services/init/standard/BUILD.gn
其 main 函数位于：base/startup/init/services/init/standard/main_early.c

3.4 init_early 代码介绍

从其 main_early.c 代码中可以看出 init_early 主要完成以下几个功能

忽略终端信号，将 SIGPIPE 交给系统处理
使能 InitLog 的 INIT_INFO 级别（非核心）
初始化 EarlyLog（非核心）
创建常用的文件和设备节点
执行钩子函数，一般钩子链表是通过__attribute__((constructor))构造的函数添加的
确实是否为升级模式
根据 ramdisk 镜像中的 fstab 文件挂载镜像
启动第二阶段 init
- 关闭 stdio（此时便不能通过 printf 打印 log）
- 切换 root 路径为/usr（system 文件系统）
- 让 init 程序代码当前的 init_early 程序进行

注意这里是程序不是进程，因为 init_early 在 ramdisk 中是软链接为 init，因此进程对应的是 init，而不是 init_early

四、init 启动介绍

4.1 init 运行前准备工作

由于 init_early 的铺垫，此时 init 启动的实际文件系统已经不在 ramdisk 文件系统中了，而是位于 system 文件系统中。因此链接库的路径指定是通过 etc/ld-musl-namespace-riscv64.ini 该文件中设置的路径按照顺序链接的，所以首先必须确定 system 镜像中是否有该文件。
在 init 程序中有很多函数通过 MODULE_CONSTRUCTOR 将其添加到了 Hook 链表中，在 init 实际运行的时候会调用 HOOK 的执行接口，将所有的预处理函数调用执行。

4.2 init 启动失败调测

如果 init_early 加载 init 程序运行直接失败，我们可以在 init_early 最后添加如下代码后让串口进入 shell，然后在 shell 中直接运行 init 跟踪定位

execv("/bin/sh", NULL);

4.3 init 启动的流程

这部分就通过 init 的 main 函数进行阅读理解了，注意 HOOK 链表项都是通过 MODULE_CONSTRUCTOR 接口在 main 函数执行前添加的，详细请了解 gcc 的 __attribute__((constructor)) 属性
init 的 main 函数位于：base/startup/init/services/init/main.c