OpenHarmony Release3.1版本啟動(dòng)子系統(tǒng)功能分析
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1、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)行資源獲取。
- 按需啟動(dòng)：無訪問不啟動(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。
2、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。
3、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。
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]
},
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。
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)。
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” : “u:r:updater_sa:s0”。
{
“services” : [{
“name” : “updater_sa”,
“path” : [“/system/bin/sa_main”, “/system/profile/updater_sa.xml”],
“uid” : “system”,
“gid” : [“system”, “shell”],
“secon” : “u:r:updater_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。
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)
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fork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。
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。
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)
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：
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 service
stop_service servicename --stop service
service_control start servicename --start service
service_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)
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)。
UHDF進(jìn)程按需啟動(dòng)
同上SA服務(wù)的按需啟動(dòng)的分析，只是在HUDF服務(wù)中調(diào)用ServiceControlWithExtra接口，拉起服務(wù)。
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。
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。
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。
（3）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。
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。
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。
4、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。
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