基于linux內(nèi)核啟動程序

linux內(nèi)核啟動過程的后期，在kernel_init()函數(shù)代表的init線程中，會嘗試執(zhí)行用戶空間的init進(jìn)程：

從上述代碼可見，會嘗試執(zhí)行/sbin/、/etc、/bin三個目錄中的init。從《busybox源碼分析筆記（一）》一文可以知道，在busybox編譯構(gòu)建完成并安裝后，會生成對應(yīng)的目錄（注：/etc目錄不存在）。在/sbin目錄中，則會存在一個init鏈接：

查看其屬性，其本質(zhì)則是鏈接到了../bin/busybox：

綜上所述，證明linux內(nèi)核啟動后期，運(yùn)行的第一個用戶空間程序是init，在busybox源碼中，init程序則由位于/init目錄中的init.c編譯構(gòu)建而成，程序入口是：init_main()，小生在該函數(shù)中添加一行標(biāo)識代碼：

linux內(nèi)核運(yùn)行后期的結(jié)果如下：

可見，linux內(nèi)核后期加載的就是busybox下的init程序。

init_main分析

貼上該函數(shù)的完整代碼，下文將分段描述：

intinit_main(intargcUNUSED_PARAM,char**argv)
{
structsigactionsa;

INIT_G();

/*SomeuserssendpoweroffsignalstoinitVERYearly.
*Tohandlethis,masksignalsearly.
*/
/*sigemptyset(&G.delayed_sigset);-donebyINIT_G()*/
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGINT);/*Ctrl-Alt-Del*/
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGQUIT);/*re-execanotherinit*/
#ifdefSIGPWR
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGPWR);/*halt*/
#endif
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGUSR1);/*halt*/
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGTERM);/*reboot*/
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGUSR2);/*poweroff*/
#ifENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGHUP);/*reread/etc/inittab*/
#endif
sigaddset(&G.delayed_sigset,SIGCHLD);/*makesigtimedwait()exitonSIGCHLD*/
sigprocmask(SIG_BLOCK,&G.delayed_sigset,NULL);

#ifDEBUG_SEGV_HANDLER
memset(&sa,0,sizeof(sa));
sa.sa_sigaction=handle_sigsegv;
sa.sa_flags=SA_SIGINFO;
sigaction_set(SIGSEGV,&sa);
sigaction_set(SIGILL,&sa);
sigaction_set(SIGFPE,&sa);
sigaction_set(SIGBUS,&sa);
#endif

if(argv[1]&&strcmp(argv[1],"-q")==0){
returnkill(1,SIGHUP);
}

#if!DEBUG_INIT
/*ExpecttobeinvokedasinitwithPID=1orbeinvokedaslinuxrc*/
if(getpid()!=1
&&(!ENABLE_LINUXRC||applet_name[0]!='l')/*notlinuxrc?*/
){
bb_simple_error_msg_and_die("mustberunasPID1");
}

#ifdefRB_DISABLE_CAD
/*TurnoffrebootingviaCTL-ALT-DEL-wegeta
*SIGINTonCADsowecanshutthingsdowngracefully...*/
reboot(RB_DISABLE_CAD);/*misnomer*/
#endif
#endif

/*If,say,xmallocwouldeverdie,wedon'twanttooopskernel
*byexiting.
*NB:wesetdie_func*after*PID1checkandbb_show_usage.
*Otherwise,forexample,"initu"("pleaserexecyourself"
*commandforsysvinit)willshowhelptext(whichisn'ttoobad),
**andsleepforever*(whichisbad!)
*/
die_func=sleep_much;

/*Figureoutwherethedefaultconsoleshouldbe*/
console_init();
set_sane_term();
xchdir("/");
setsid();

/*Makesureenvironsissettosomethingsane*/
putenv((char*)"HOME=/");
putenv((char*)bb_PATH_root_path);
putenv((char*)"SHELL=/bin/sh");
putenv((char*)"USER=root");/*needed?why?*/

if(argv[1])
xsetenv("RUNLEVEL",argv[1]);

#if!ENABLE_FEATURE_INIT_QUIET
/*Helloworld*/
message(L_CONSOLE|L_LOG,"initstarted:%s",bb_banner);
#endif

/*Checkifwearesupposedtobeinsingleusermode*/
if(argv[1]
&&(strcmp(argv[1],"single")==0||strcmp(argv[1],"-s")==0||LONE_CHAR(argv[1],'1'))
){
/*???shouldn'twesetRUNLEVEL="b"here?*/
/*Startashellonconsole*/
new_init_action(RESPAWN,bb_default_login_shell,"");
}else{
/*Notinsingleusermode-seewhatinittabsays*/

/*NOTEthatifCONFIG_FEATURE_USE_INITTABisNOTdefined,
*thenparse_inittab()simplyaddsinsomedefault
*actions(i.e.,INIT_SCRIPTandapair
*of"askfirst"shells)*/
parse_inittab();
}

#ifENABLE_SELINUX
if(getenv("SELINUX_INIT")==NULL){
intenforce=0;

putenv((char*)"SELINUX_INIT=YES");
if(selinux_init_load_policy(&enforce)==0){
BB_EXECVP(argv[0],argv);
}elseif(enforce>0){
/*SELinuxinenforcingmodebutload_policyfailed*/
message(L_CONSOLE,"can'tloadSELinuxPolicy."
"Machineisinenforcingmode.Haltingnow.");
returnEXIT_FAILURE;
}
}
#endif

#ifENABLE_FEATURE_INIT_MODIFY_CMDLINE
/*Makethecommandlinejustsay"init"-that'sall,nothingelse*/
strncpy(argv[0],"init",strlen(argv[0]));
/*Wipeargv[1]-argv[N]sotheydon'tclutterthepslisting*/
while(*++argv)
nuke_str(*argv);
#endif

/*SetupSTOPsignalhandlers*/
/*StophandlermustallowonlySIGCONTinsideitself*/
memset(&sa,0,sizeof(sa));
sigfillset(&sa.sa_mask);
sigdelset(&sa.sa_mask,SIGCONT);
sa.sa_handler=stop_handler;
sa.sa_flags=SA_RESTART;
sigaction_set(SIGTSTP,&sa);/*pause*/
/*Doesnotworkasintended,atleastin2.6.20.
*SIGSTOPissimplyignoredbyinit
*(NB:behaviormightdifferunderstrace):
*/
sigaction_set(SIGSTOP,&sa);/*pause*/

/*Nowruneverythingthatneedstoberun*/
/*Firstrunthesysinitcommand*/
run_actions(SYSINIT);
check_delayed_sigs(&G.zero_ts);
/*Nextrunanythingthatwantstoblock*/
run_actions(WAIT);
check_delayed_sigs(&G.zero_ts);
/*Nextrunanythingtoberunonlyonce*/
run_actions(ONCE);

/*Nowruntheloopingstufffortherestofforever*/
while(1){
/*(Re)runtherespawn/askfirststuff*/
run_actions(RESPAWN|ASKFIRST);

/*Waitforanysignal(typicallyit'sSIGCHLD)*/
check_delayed_sigs(NULL);/*NULLtimespecmakesitwait*/

/*Waitforanychildprocess(es)toexit*/
while(1){
pid_twpid;
structinit_action*a;

wpid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
if(wpid<=?0)
????break;

???a?=?mark_terminated(wpid);
???if?(a)?{
????message(L_LOG,?"process?'%s'?(pid?%u)?exited.?"
??????"Scheduling?for?restart.",
??????a->command,(unsigned)wpid);
}
}

/*Don'tconsumeallCPUtime-sleepabit*/
sleep1();
}/*while(1)*/
}

跳過條件宏定義下的編譯分支，主要分析其通用的代碼部分：

（1）首先使用sigaddset()將信號添加到信號集合，添加的信號有：Ctrl-Alt-Del、SIGQUIT、SIGPWR、SIGUSR1、SIGTERM、SIGUSR2、SIGUSR2。

（2）然后找出系統(tǒng)默認(rèn)的控制臺，并將路徑切換到/，接著重新創(chuàng)建一個新的會話：

console_init();
set_sane_term();
xchdir("/");
setsid();

（3）設(shè)置默認(rèn)的環(huán)境變量：

putenv((char*)"HOME=/");
putenv((char*)bb_PATH_root_path);
putenv((char*)"SHELL=/bin/sh");
putenv((char*)"USER=root");/*needed?why?*/

（4）如果是單用戶模式，則會調(diào)用new_init_action(RESPAWN, bb_default_login_shell, "");在控制臺啟動一個shell；否則，則會調(diào)用parse_inittab()函數(shù)。

parse_inittab()函數(shù)定義如下：

staticvoidparse_inittab(void)
{
#ifENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
char*token[4];
parser_t*parser=config_open2("/etc/inittab",fopen_for_read);

if(parser==NULL)
#endif
{
/*Noinittabfile-setupsomedefaultbehavior*/
/*Sysinit*/
new_init_action(SYSINIT,INIT_SCRIPT,"");
/*Askfirstshellontty1-4*/
new_init_action(ASKFIRST,bb_default_login_shell,"");
//TODO:VC_1insteadof""?""isconsole->cttyproblems->angryusers
new_init_action(ASKFIRST,bb_default_login_shell,VC_2);
new_init_action(ASKFIRST,bb_default_login_shell,VC_3);
new_init_action(ASKFIRST,bb_default_login_shell,VC_4);
/*RebootonCtrl-Alt-Del*/
new_init_action(CTRLALTDEL,"reboot","");
/*Umountallfilesystemsonhalt/reboot*/
new_init_action(SHUTDOWN,"umount-a-r","");
/*Swapoffonhalt/reboot*/
new_init_action(SHUTDOWN,"swapoff-a","");
/*RestartinitwhenaQUITisreceived*/
new_init_action(RESTART,"init","");
return;
}

#ifENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
/*optional_ttyaction:command
*Delimsarenottobecollapsedandneedexactly4tokens
*/
while(config_read(parser,token,4,0,"#:",
PARSE_NORMAL&~(PARSE_TRIM|PARSE_COLLAPSE))){
/*ordermustcorrespondtoSYSINIT..RESTARTconstants*/
staticconstcharactions[]ALIGN1=
"sysinit?""wait?""once?""respawn?""askfirst?"
"ctrlaltdel?""shutdown?""restart?";
intaction;
char*tty=token[0];

if(!token[3])/*lessthan4tokens*/
gotobad_entry;
action=index_in_strings(actions,token[2]);
if(action/dev/TTY*/
if(tty[0]){
tty=concat_path_file("/dev/",skip_dev_pfx(tty));
}
new_init_action(1<lineno);
}
config_close(parser);
#endif
}

如果定義了CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB，則會使用/etc/inittab文件中的action；如果CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB沒有定義，parse_inittab()則會簡單添加一些默認(rèn)actions(例如，運(yùn)行INIT_SCRIPT，然后啟動一個“askfirst”shell)。如果ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB已定義，但是/etc/inittab文件缺失也會使用相同的默認(rèn)行為集合。

（5）設(shè)置STOP信號處理程序：

memset(&sa,0,sizeof(sa));
sigfillset(&sa.sa_mask);
sigdelset(&sa.sa_mask,SIGCONT);
sa.sa_handler=stop_handler;
sa.sa_flags=SA_RESTART;
sigaction_set(SIGTSTP,&sa);/*pause*/

sigaction_set(SIGSTOP,&sa);/*pause*/

（6）接下來運(yùn)行想要運(yùn)行的命令，依次運(yùn)行：SYSINIT、WAIT、ONCE：

run_actions(SYSINIT);
check_delayed_sigs(&G.zero_ts);

run_actions(WAIT);
check_delayed_sigs(&G.zero_ts);

run_actions(ONCE);

（7）在最后，則是一個while(1)的死循環(huán)，用于處理我們在命令行下輸入的命令：

while(1){
/*重新運(yùn)行respawn/askfisrt*/
run_actions(RESPAWN|ASKFIRST);

/*等待信號*/
check_delayed_sigs(NULL);/*NULLtimespecmakesitwait*/

/*等待所有的子進(jìn)程退出*/
while(1){
pid_twpid;
structinit_action*a;

wpid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
if(wpid<=?0)
????break;

???a?=?mark_terminated(wpid);
???if?(a)?{
????message(L_LOG,?"process?'%s'?(pid?%u)?exited.?"
??????"Scheduling?for?restart.",
??????a->command,(unsigned)wpid);
}
}

/*短暫讓出CPU，不要消耗所有的CPU時間*/
sleep1();
}/*while(1)*/

補(bǔ)充

BusyBox的init不支持運(yùn)行級別。runlevels字段在BusyBox init中將會被完全忽略。

所以如果想要使用運(yùn)行級別的系統(tǒng)，需使用sysvinit作為啟動進(jìn)程。

一、7個運(yùn)行級別

(1)運(yùn)行級別0：系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)默認(rèn)運(yùn)行級別不能設(shè)為0，否則不能正常啟動。其實(shí)就是關(guān)機(jī)。

(2)運(yùn)行級別1：單用戶工作狀態(tài)，root權(quán)限，用于系統(tǒng)維護(hù)，禁止遠(yuǎn)程登陸。在忘記root密碼時一般用這個運(yùn)行級別，進(jìn)去修改root密碼。

(3)運(yùn)行級別2：多用戶狀態(tài)(沒有NFS)，沒有網(wǎng)絡(luò)連接。

(4)運(yùn)行級別3：完全的多用戶狀態(tài)(有NFS)，登陸后進(jìn)入控制臺命令行模式。linux很常見的運(yùn)行級別

(5)運(yùn)行級別4：系統(tǒng)未使用，保留。

(6)運(yùn)行級別5：X11控制臺，登陸后進(jìn)入圖形GUI模式。就是圖形模式。

(7)運(yùn)行級別6：系統(tǒng)正常關(guān)閉并重啟，默認(rèn)運(yùn)行級別不能設(shè)為6，否則不能正常啟動。

二、查看運(yùn)行級別

1、runlevel命令：打印系統(tǒng)的上一個和當(dāng)前運(yùn)行級別：

N：“N”表示自系統(tǒng)啟動后運(yùn)行級別尚未更改。從上圖可見，小生的Ubuntu系統(tǒng)的運(yùn)行級別為5。