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技術(shù)背景

OpenHarmony release3.1版本在2.0的基礎(chǔ)之上不僅增加了功能，而且各模塊組件的能力也有所增強(qiáng)，本文就3.1版本的init啟動(dòng)子系統(tǒng)模塊，在啟動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)服務(wù)方面進(jìn)行分析。本文檔是基于碼云上release3.1分支代碼進(jìn)行分析。

啟動(dòng)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)環(huán)境的構(gòu)建及進(jìn)程引導(dǎo)，不同層級(jí)的進(jìn)程有著不同的運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行環(huán)境決定著系統(tǒng)進(jìn)程的設(shè)計(jì)。在增強(qiáng)啟動(dòng)子系統(tǒng)能力方面有以下方面：

基礎(chǔ)能力增強(qiáng)：進(jìn)程啟動(dòng)、回收機(jī)制增強(qiáng)，維護(hù)命令統(tǒng)一以及插件化管理；

并行啟動(dòng)：最大化并行啟動(dòng)，為依賴資源提供同步機(jī)制，運(yùn)行時(shí)進(jìn)行資源獲??；

按需啟動(dòng)：無(wú)訪問不啟動(dòng)，減少常駐內(nèi)存；

分組啟動(dòng)：可對(duì)服務(wù)進(jìn)行靈活組裝，提供整機(jī)不同的啟動(dòng)級(jí)別能力。

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Init啟動(dòng)功能概述

1.基礎(chǔ)能力的增強(qiáng)

進(jìn)程啟動(dòng)，支持進(jìn)程的selinux策略配置，擴(kuò)展AccessToken設(shè)置，支持綁核配置；進(jìn)程回收，支持進(jìn)程頻繁退出抑制機(jī)制；維護(hù)命令，統(tǒng)一init的維護(hù)命令，包括系統(tǒng)參數(shù)和進(jìn)程管理；插件化管理，init部件與周邊模塊關(guān)聯(lián)度高，通過插件化機(jī)制供其它模塊擴(kuò)展。

2.進(jìn)程分組&并行啟動(dòng)

支持服務(wù)分組配置，如支持系統(tǒng)知名group，支持整機(jī)開機(jī)、重啟、關(guān)機(jī)、待機(jī)、充電等模式；支持服務(wù)依賴管理，支持并行啟動(dòng)依賴同步機(jī)制。

3.按需啟動(dòng)

支持SA類進(jìn)程按需啟動(dòng)，HDF類進(jìn)程按需啟動(dòng)，socket類進(jìn)程的按需啟動(dòng)；支持熱插拔事件驅(qū)動(dòng)進(jìn)程按需啟動(dòng)；支持為按需啟動(dòng)定時(shí)啟動(dòng)、進(jìn)程代持fd等輔助功能。

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系統(tǒng)能力增強(qiáng)點(diǎn)分析

1.進(jìn)程啟動(dòng)能力增強(qiáng)

進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)，支持在配置文件中配置服務(wù)進(jìn)程的綁核、優(yōu)先級(jí)、selinux策略加載以及AccessToken信息。

1）配置服務(wù)進(jìn)程綁核能力

在服務(wù)的cfg配置文件中，配置綁核，例如param_watcher服務(wù)。系統(tǒng)啟動(dòng)之后通過taskset -p pid，查看服務(wù)綁核情況，例如 current affinity mask: 3，即表示param_watcher服務(wù)運(yùn)行在兩個(gè)cpu上切換。

“services” : [{“name” : “param_watcher”,…“cpucore” : [0,1]},

（左右移動(dòng)查看全部?jī)?nèi)容）

通過CJSON解析 cfg 文件，獲取屬性”cpucore”屬性值的數(shù)組，然后通過接口CPU_SET設(shè)置進(jìn)程的CPU.

在init，fork()服務(wù)子進(jìn)程時(shí)設(shè)置CPU綁核。

2）配置服務(wù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)

在服務(wù)cfg文件中配置進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，例如appspawn.cfg中配置"importance" : -20，即設(shè)置appspawn的優(yōu)先級(jí)為-20。

{ "services" : [{ "name" : "appspawn", "path" : ["/system/bin/appspawn"], "importance" : -20, "uid" : "root", "gid" : ["root"], "start-mode" : "boot" } ] }

代碼中通過CJSON解析cfg文件中”importance”屬性，得到服務(wù)的優(yōu)先級(jí)，同時(shí)通過SetimportantValue回調(diào)函數(shù)保存優(yōu)先級(jí)屬性。

在ServiceExec執(zhí)行進(jìn)程命令之前通過setpriority設(shè)置服務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

3）服務(wù)的selinux策略加載

OpenHarmony正在不斷完善selinux安全策略，后面對(duì)于服務(wù)的管控會(huì)更加嚴(yán)格。Init啟動(dòng)在服務(wù)cfg文件中提供配置進(jìn)程的Selinux接口，例如updater_sa.cfg文件中配置

“secon” : “uupdater_sa:s0”。 {“services” : [{“name” : “updater_sa”,“path” : [“/system/bin/sa_main”, “/system/profile/updater_sa.xml”],“uid” : “system”,“gid” : [“system”, “shell”],“secon” : “uupdater_sa:s0”}]}

通過JSON解析cfg文件中"secon"屬性，獲取服務(wù)的selinux值。

在init初始時(shí)，加載selinux LoadPolicy。

在init fork子進(jìn)程時(shí)，通過SetSecon 設(shè)置服務(wù)的selinux。

4）配置服務(wù)進(jìn)程AccessToken屬性

在服務(wù)cfg文件中配置進(jìn)程的AccessToken，即cfg文件中配置“apl”: “xxx”,設(shè)置一串令牌。

通過JSON解析cfg文件中"apl"屬性，獲取服務(wù)的apl值。

在init fork 子進(jìn)程的時(shí)候設(shè)置進(jìn)程的AccessToken.

2.進(jìn)程啟動(dòng)&回收能力增強(qiáng)

1）進(jìn)程的啟動(dòng)流程

init啟動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程時(shí)都是先f(wàn)ork再execv執(zhí)行目標(biāo)服務(wù)進(jìn)程而完成啟動(dòng)。Fork的流程又細(xì)分為

pre-fork：即服務(wù)進(jìn)程不需要真正的啟動(dòng)，只是由init做好服務(wù)的準(zhǔn)備工作，服務(wù)被訪問時(shí)拉起服務(wù)；

fork：只要fork成功，init就接著啟動(dòng)下一個(gè)進(jìn)程，即使后面execv執(zhí)行失敗也忽略，最大承擔(dān)并行啟動(dòng)服務(wù)；

execv：fork完成之后需要execv執(zhí)行成功，才算服務(wù)啟動(dòng)完成；

service：在服務(wù)啟動(dòng)完成之后，通過setparameter 設(shè)置服務(wù)啟動(dòng)標(biāo)志"startup.service.ctl.serviceName" 為SERVICE_STARTED。

2）子進(jìn)程退出資源回收

init監(jiān)聽到任何子進(jìn)程退出都需要waitpid回收該進(jìn)程，避免出現(xiàn)僵尸進(jìn)程。

3）設(shè)置服務(wù)啟動(dòng)特殊模式

通過在服務(wù)的cfg文件中配置Once、DisabLED、Critical屬性值設(shè)置服務(wù)啟動(dòng)的特殊方式。

Default：默認(rèn)情況下服務(wù)退出之后，init會(huì)再次拉起服務(wù)；

Once：服務(wù)是單次啟動(dòng)模式，退出之后init不再拉起；

Disabled：服務(wù)是被禁用的，退出后也不會(huì)拉起；

Critical：服務(wù)失敗后需要重新拉起，但是失敗N次之后，系統(tǒng)就會(huì)重啟，默認(rèn)是4次。

常駐服務(wù)進(jìn)程如果一直異常退出，為了避免頻繁嘗試?yán)鹪摲?wù)，增加抑制機(jī)制，默認(rèn)3秒內(nèi)連續(xù)退出超過5次則不再自動(dòng)拉起該服務(wù)。

核心服務(wù)進(jìn)程如果一直異常退出，為了避免系統(tǒng)不可用，嘗試系統(tǒng)重啟；默認(rèn)20秒內(nèi)連續(xù)退出超過4次則不再自動(dòng)拉起該服務(wù)。

例如 “critical” : [1, 1, 60], 代表有critical attribute，同時(shí)60秒內(nèi)重啟1次，就系統(tǒng)重啟。通過GetCritical函數(shù)解析critical 屬性，通過CalculateCrashTime函數(shù)判斷是否需要重啟服務(wù)，或是reboot系統(tǒng)。

3.提供整機(jī)狀態(tài)服務(wù)

1）整機(jī)狀態(tài)

各系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程啟動(dòng)后，還需要相應(yīng)整機(jī)提供的重啟、關(guān)機(jī)等請(qǐng)求（對(duì)應(yīng)整機(jī)狀態(tài)變化能夠?qū)M(jìn)程進(jìn)行相應(yīng)處理stop、suspend、freeze等）。

重啟、shutdown關(guān)機(jī)：關(guān)閉服務(wù)進(jìn)程，通過stop命令關(guān)閉服務(wù)；
Suspend關(guān)機(jī)：STR帶電低功耗關(guān)機(jī)，可快速開機(jī)，服務(wù)可選擇的退出或清理資源；
Freeze關(guān)機(jī)：STD系統(tǒng)快照寫到Disk，可完全掉電并快速開機(jī)。

通過reboot命令，設(shè)置 "startup.device.ctl"參數(shù)給外界提供當(dāng)前整機(jī)的狀態(tài)，系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程可通過ParameterClient的watch機(jī)制監(jiān)聽整機(jī)的狀態(tài)變化，處理自己的狀態(tài)。
Reboot 命令：

2）服務(wù)可以通過start/stop來啟動(dòng)停止

通過以下命令可以啟動(dòng)或者停止服務(wù)。

start_service servicename --start servicestop_service servicename --stop serviceservice_control start servicename --start serviceservice_control stop servicename --stop service

最終通過SystemSetParameter(“ohos.ctl.start”, nameValue)啟動(dòng)服務(wù)，其中nameValue是服務(wù)名+服務(wù)的參數(shù)組合數(shù)組。

4.按需啟動(dòng)

1）SA進(jìn)程按需啟動(dòng)

需要按需啟動(dòng)的SA服務(wù)，通過在cfg文件配置”dynamic” : true，設(shè)置此SA服務(wù)為按需啟動(dòng)，即init在start service的時(shí)候解析到此屬性，不直接拉起服務(wù)；而是通過client端觸發(fā)samgr拉起服務(wù)。

動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程及SystemAbility, 系統(tǒng)進(jìn)程無(wú)需開機(jī)啟動(dòng)，而是在SystemAbility被訪問的時(shí)候按需拉起，并加載指定SystemAbility。繼承SystemAbilityLoadCallbackStub類，并覆寫OnLoadSystemAbilitySuccess(int32_t systemAbilityId, const sptr& remoteObject)、OnLoadSystemAbilityFail(int32_t systemAbilityId)方法。

調(diào)用samgr提供的動(dòng)態(tài)加載接口LoadSystemAbility(int32_t systemAbilityId, const sptr& callback)。

Samgr通過調(diào)用init提供的ServiceControlWithExtra接口，拉起服務(wù)。

3）socket進(jìn)程按需啟動(dòng)

init在pre-fork階段為socket類進(jìn)程創(chuàng)建好socket，init中監(jiān)聽創(chuàng)建好的socket上的網(wǎng)絡(luò)事件，socket上有報(bào)文事件后，init拉起socket進(jìn)程進(jìn)行報(bào)文處理。

socket進(jìn)程無(wú)報(bào)文處理后，可以自動(dòng)退出，退出后init回收該子進(jìn)程并重新監(jiān)聽socket網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

在服務(wù)cfg文件中添加”ondemand” : true 配置，設(shè)置socket服務(wù)為按需啟動(dòng)。

在fork 子進(jìn)程的時(shí)候，判斷服務(wù)是ondemand的，則創(chuàng)建socket監(jiān)聽。

通過回調(diào)函數(shù)ProcessWatchEvent_處理socket按需啟動(dòng)的事件。

4）熱插拔服務(wù)進(jìn)程按需啟動(dòng)

配置ueventd.cfg配置文件中設(shè)備節(jié)點(diǎn)屬性，例如，/dev/binder屬性配置為 ohos.dev.binder，當(dāng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)被創(chuàng)建好，param設(shè)置ohos.dev.binder屬性值為added。

在相應(yīng)服務(wù)的cfg文件中，配置”job”為condition，如下：

“condition” : “ohos.dev.binder=added”

即當(dāng)條件滿足時(shí)觸發(fā)服務(wù)拉起。

5）定時(shí)拉起&fd代持

定時(shí)拉起：服務(wù)進(jìn)程在退出前可根據(jù)業(yè)務(wù)需要預(yù)約下次啟動(dòng)的時(shí)間。

fd代持：按需啟動(dòng)進(jìn)程可以保持退出前的fd狀態(tài)句柄不丟失。按需啟動(dòng)進(jìn)程退出前可發(fā)fd發(fā)送給init代持，再次啟動(dòng)后再獲取fd。

在服務(wù)的cfg配置"timer_start" : 6 ,設(shè)置服務(wù)6秒后拉起。通過LE_CreateTimer創(chuàng)建定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，拉起服務(wù)。

創(chuàng)建fdhold的socket，注冊(cè)event loop回調(diào)函數(shù)ProcessFdHoldEvent監(jiān)聽。

5.并行啟動(dòng)及依賴管理

begetd啟動(dòng)分三個(gè)階段，pre-init和init階段完成公共依賴部分；后續(xù)所有的服務(wù)都是并行化啟動(dòng)。服務(wù)啟動(dòng)的依賴包括Job和Service。

1）Job

所有的Job由init特權(quán)進(jìn)程完成，可包括：設(shè)置全局環(huán)境變量，設(shè)置特權(quán)/proc, /sys節(jié)點(diǎn)參數(shù)等。

2）Service

Service依賴的前置條件可在啟動(dòng)腳本里指定Job完成。例如在service 中配置

“service”:“jobs” : { “on-start” : “services:console” }“job”:{ “name” : “services:console”, “cmds” : [ “chmod 0773 /data/misc/trace”, “chmod 0775 /data/misc/wmtrace” ]}

即在fork子進(jìn)程的時(shí)候執(zhí)行job相關(guān)的命令。

通過cfg文件設(shè)置服務(wù)的”start-mode”來管理正常啟動(dòng)還是并行啟動(dòng)。

“start-mode” : “boot”“start-mode” : “normal”“start-mode” : “condition”

其中boot、normal 模式是并行啟動(dòng)，service不寫start-mode默認(rèn)也是normal。Condition模式必須通過 start service 來拉起。

Start-mode通過注冊(cè)鉤子函數(shù)，通過trigger拉起服務(wù)。

6.分組管理

系統(tǒng)服務(wù)可以按照分組進(jìn)行管理，設(shè)備級(jí)知名group用于完成整機(jī)的開機(jī)、待機(jī)、充電等功能。默認(rèn)的整機(jī)開機(jī)是放到GROUP_BOOT中，GROUP_CHARING是充電模式。

以charging group舉例說明。

配置device.charing.group.cfg 里面設(shè)置需要的jobs、services以及groups。

解析group 的cfg文件。

通過hash表保存group的配置。

通過cmdline獲取當(dāng)前的group 模式，從而啟動(dòng)進(jìn)入不同的group，系統(tǒng)進(jìn)入不同的模式。

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總結(jié)

Release3.1 版本在OpenHarmony2.0的基礎(chǔ)上各方面能力都有所提升，性能和穩(wěn)定性方面有所改善。Init組件中加入selinux配置，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全模式，按需啟動(dòng)模式節(jié)約系統(tǒng)的內(nèi)存資源，并行啟動(dòng)增加了系統(tǒng)的啟動(dòng)效率，分組啟動(dòng)模式為后期系統(tǒng)進(jìn)入不同狀態(tài)模式提供有效的接口。總之OpenHarmony在開源社區(qū)中，通過大家的共同努力正在茁長(zhǎng)成長(zhǎng)，總有一天會(huì)長(zhǎng)成蒼天大樹，枝繁葉茂，造福人類。

審核編輯 ：李倩