基于linux内核启动程序

linux内核启动过程的后期，在kernel_init()函数代表的init线程中，会尝试执行用户空间的init进程：

从上述代码可见，会尝试执行/sbin/、/etc、/bin三个目录中的init。从《busybox源码分析笔记（一）》一文可以知道，在busybox编译构建完成并安装后，会生成对应的目录（注：/etc目录不存在）。在/sbin目录中，则会存在一个init链接：

查看其属性，其本质则是链接到了../bin/busybox：

综上所述，证明linux内核启动后期，运行的第一个用户空间程序是init，在busybox源码中，init程序则由位于/init目录中的init.c编译构建而成，程序入口是：init_main()，小生在该函数中添加一行标识代码：

linux内核运行后期的结果如下：

可见，linux内核后期加载的就是busybox下的init程序。

init_main分析

贴上该函数的完整代码，下文将分段描述：

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)*/
}

跳过条件宏定义下的编译分支，主要分析其通用的代码部分：

（1）首先使用sigaddset()将信号添加到信号集合，添加的信号有：Ctrl-Alt-Del、SIGQUIT、SIGPWR、SIGUSR1、SIGTERM、SIGUSR2、SIGUSR2。

（2）然后找出系统默认的控制台，并将路径切换到/，接着重新创建一个新的会话：

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

（3）设置默认的环境变量：

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

（4）如果是单用户模式，则会调用new_init_action(RESPAWN, bb_default_login_shell, "");在控制台启动一个shell；否则，则会调用parse_inittab()函数。

parse_inittab()函数定义如下：

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< 0 || !token[3][0]) /* token[3]: command */
   goto bad_entry;
  /* turn .*TTY ->/dev/TTY*/
if(tty[0]){
tty=concat_path_file("/dev/",skip_dev_pfx(tty));
}
new_init_action(1<< action, token[3], tty);
  if (tty[0])
   free(tty);
  continue;
 bad_entry:
  message(L_LOG | L_CONSOLE, "Bad inittab entry at line %d",
    parser->lineno);
}
config_close(parser);
#endif
}

如果定义了CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB，则会使用/etc/inittab文件中的action；如果CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB没有定义，parse_inittab()则会简单添加一些默认actions(例如，运行INIT_SCRIPT，然后启动一个“askfirst”shell)。如果ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB已定义，但是/etc/inittab文件缺失也会使用相同的默认行为集合。

（5）设置STOP信号处理程序：

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）接下来运行想要运行的命令，依次运行：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，则是一个while(1)的死循环，用于处理我们在命令行下输入的命令：

while(1){
/*重新运行respawn/askfisrt*/
run_actions(RESPAWN|ASKFIRST);

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

/*等待所有的子进程退出*/
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);
}
}

/*短暂让出CPU，不要消耗所有的CPU时间*/
sleep1();
}/*while(1)*/

补充

BusyBox的init不支持运行级别。runlevels字段在BusyBox init中将会被完全忽略。

所以如果想要使用运行级别的系统，需使用sysvinit作为启动进程。

一、7个运行级别

(1)运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动。其实就是关机。

(2)运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆。在忘记root密码时一般用这个运行级别，进去修改root密码。

(3)运行级别2：多用户状态(没有NFS)，没有网络连接。

(4)运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式。linux很常见的运行级别

(5)运行级别4：系统未使用，保留。

(6)运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式。就是图形模式。

(7)运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动。

二、查看运行级别

1、runlevel命令：打印系统的上一个和当前运行级别：

N：“N”表示自系统启动后运行级别尚未更改。从上图可见，小生的Ubuntu系统的运行级别为5。

审核编辑：彭静