Openwrt學習筆記（四）——系統開機啟動__openwrt

1. 核心啟動
bootloader將kernel從flash中拷貝到RAM以後，bootloader將退出舞台，並將這個舞台交給了kernel。中間有些交接的細節過程，這裡不贅述，我們直接從kernel的啟動開始分析。

不同平台的kernel啟動時，最開始部分的彙編指令碼會有些不一樣，但是從彙編跳轉到C語言的代碼過程中的第一條命令大多數都是start_kernel函數，比如arm平台，它彙編代碼的最後一個跳轉是“b   start_kernel” （linux-3.14/arch/arm/kernel/head-common.S），然後執行start_kernel函數（linux-3.14/init/main.c）,這個函數完成一些cpu，記憶體等初始化以後就會執行rest_init（linux-3.14/init/main.c）函數，該函數建立兩個核心線程init和kthreadd之後，進入死迴圈，即所謂的0號進程。

kenrel_init()（init/main.c）函數，在kernel_init函數中，該函數首先會調用kernel_init_freeable，該函數主要完成以下工作：

1.開啟/dev/console，而且該開啟控制代碼的檔案描述符是0（標準輸出），接著調動sys_dup複製兩個檔案描述符，分別是1和2，用於標準輸入和標準出錯。因為它是第一個開啟的檔案，所以檔案描述符是0，如果開啟的是其他檔案，標準輸出就在是0了。

2.第二件事是看以下uboot有沒有傳啟動ramdisk的命令過來，如果沒有，就判斷/init檔案是否存在，如果存在則調用prepare_namespace函數，這個函數會完成根檔案系統的掛載工作。

因為從開機的log可以看到uboot傳來的啟動命令[    0.000000] Kernel command line:  rootwait rootfsname=rootfs rootwait clk_ignore_unused，

所以saved_root_name=rootfs, 那麼prepare_namespace()會調用name_to_dev_t()得到主次裝置號並存放在ROOT_DEV（31：12），

得到主次裝置號後會調用 mount_root, 該函數會調用  mount_block_root("/dev/root", root_mountflags);

mount_block_root 首先調用 get_fs_names 得到根檔案系統的類型（通常由rootfstype=來指定）， 然後調用 do_mount_root, 該函數會調用 sys_mount 完成任務，將根檔案系統 mount 到 /root 後以後，會調用 chroot 將根目錄切換到 /root 目錄， 使其根檔案系統變成真正的根。而原來的根只是一個虛擬記憶體根。

成功log：[    1.681344] VFS: Mounted root (squashfs filesystem) readonly on device 31:12.

31:12是mtd12 的主次裝置號，我們可以用下面的命令來確認：

root@test:/dev# file /dev/mtdblock12
/dev/mtdblock12: block special (31/12)

而從flash分區情況可以知道該分區存放的是rootfs，分區表如下：

[    1.453252] Creating 14 MTD partitions on "spi0.0":
[    1.458100] 0x000000000000-0x000000040000 : "0:SBL1"   //0號分區
[    1.464274] 0x000000040000-0x000000060000 : "0:MIBIB"
[    1.469425] 0x000000060000-0x0000000c0000 : "0:QSEE"
[    1.474479] 0x0000000c0000-0x0000000d0000 : "0:CDT"
[    1.479346] 0x0000000d0000-0x0000000e0000 : "0:DDRPARAMS"
[    1.484785] 0x0000000e0000-0x0000000f0000 : "0:APPSBLENV"
[    1.490212] 0x0000000f0000-0x000000170000 : "0:APPSBL"
[    1.495430] 0x000000170000-0x000000180000 : "0:ART"
[    1.500384] 0x000000180000-0x000000190000 : "config"
[    1.505436] 0x000000190000-0x0000001a0000 : "pot"
[    1.510249] 0x0000001a0000-0x0000001b0000 : "data"
[    1.515434] 0x0000001b0000-0x000001fc0000 : "0:HLOS"
[    1.520486] 0x000000540000-0x000001fc0000 : "rootfs"  //12號分區
[    1.525471] mtd: device 12 (rootfs) set to be root filesystem
[    1.530832] 1 squashfs-split partitions found on MTD device rootfs
[    1.536393] 0x000001130000-0x000001fc0000 : "rootfs_data"

執行完上面的代碼後，會返回kernel_init函數，接著執行下面的代碼，它首先會檢查核心的啟動參數中是否有設定init參數，如果有，則會使用該參數指定的程式作為init程式，否則會按照如下代碼中所示的順序依次嘗試啟動，如果都無法啟動就會kernel panic。

如果沒有給init傳遞參數，那麼系統就會從“/etc/preinit” 開始執行，開機檔案系統。 2. “/etc/preinit”

（openwrt/package/base-files/files/etc）

    #!/bin/sh      # Copyright (C) 2006 OpenWrt.org      # Copyright (C) 2010 Vertical Communications            [ -z "$PREINIT" ] && exec /sbin/init            export PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin            pi_ifname=      pi_ip=192.168.1.1      pi_broadcast=192.168.1.255      pi_netmask=255.255.255.0            fs_failsafe_ifname=      fs_failsafe_ip=192.168.1.1      fs_failsafe_broadcast=192.168.1.255      fs_failsafe_netmask=255.255.255.0            fs_failsafe_wait_timeout=2            pi_suppress_stderr="y"      pi_init_suppress_stderr="y"      pi_init_path="/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin"      pi_init_cmd="/sbin/init"            . /lib/functions.sh            boot_hook_init preinit_essential      boot_hook_init preinit_main      boot_hook_init failsafe      boot_hook_init initramfs      boot_hook_init preinit_mount_root            for pi_source_file in /lib/preinit/*; do          . $pi_source_file      done            boot_run_hook preinit_essential            pi_mount_skip_next=false      pi_jffs2_mount_success=false      pi_failsafe_net_message=false            boot_run_hook preinit_main  

這個初始化過程遵循如下主線：

  下面我們一步一步分析這個過程。
在/etc/preinit指令碼中，第一條命令如下：
        [ -z "$PREINIT" ] && exec /sbin/init

在從核心執行這個指令碼時，PREINIT這個變數時沒有定義的，所以會直接執行/sbin/init。/sbin/init程式主要做了一些初始化工作，如環境變數設定、檔案系統掛載、核心模組載入等，之後會建立兩個進程，分別執行/etc/preinit和/sbin/procd，執行/etc/preinit之前會設定變數PREINIT，/sbin/procd會帶-h的參數，當procd退出後會調用exec執行/sbin/proc替換當前init進程（具體過程可參見procd程式包中的init和procd程式）。這就是系統啟動完成後，ps命令顯示的進程號為1的進程名最終為/sbin/procd的由來，中間是有幾次變化的。

繼續看/etc/preinit指令碼，出來變數設定外，接下來是執行了三個shell指令碼：

                . /lib/functions.sh

                . /lib/functions/preinit.sh

                . /lib/functions/system.sh

注意“.”和“/”之間是有空格的，這裡的點相當與souce命令，但souce是bash特有的，並不在POSIX標準中，“.”是通用的用法。使用“.”的意思是在當前shell環境下運行，並不會在子shell中運行。這幾個shell指令碼主要定義了shell函數，特別是preinit.sh中，定義了hook相關操作的函數。

之後會使用boot_hook_init定義五個hook結點如下：
                boot_hook_init preinit_essential
                boot_hook_init preinit_main
                boot_hook_init failsafe
                boot_hook_init initramfs
                boot_hook_init preinit_mount_root

之後會向這些結點中添加hook函數。在之後就是一個迴圈，依次在當前shell下執行/lib/preinit/目錄下的指令碼，
                for pi_source_file in /lib/preinit/*; do
                . $pi_source_file

                done

這些指令碼包括： 02_default_set_state
10_indicate_failsafe
10_indicate_preinit
10_sysinfo
30_failsafe_wait
40_run_failsafe_hook
50_indicate_regular_preinit
70_initramfs_test

80_mount_root     //這裡會對overlay目錄進行掛載

99_10_failsafe_login
99_10_run_init
由於指令碼眾多，因此openwrt的設計者將這些指令碼分成下面幾類：
preinit_essential
preinit_main
failsafe
initramfs
preinit_mount_root
每一類函數按照指令碼的開頭數位順序運行。
等目錄用於安裝真正的根。
/lib/preinit/目錄下的指令碼具體類似的格式，定義要添加到hook結點的函數，然後通過boot_hook_add將該函數添加到對應的hook結點。
最後，/etc/preinit就會執行boot_run_hook函數執行對應hook結點上的函數。在當前環境下只執行了preinit_essential和preinit_main結點上的函數，如下：
                boot_run_hook preinit_essential
                boot_run_hook preinit_main

到此，/etc/preinit執行完畢並退出。如果需要跟蹤調試這些指令碼，可以 在/etc/preinit的最開始添加一條命令set -x，這樣就會列印出執行命令的過程， 當並不會真正執行。

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preinit執行的最後一個指令碼為99_10_run_init，運行
exec env - PATH=$pi_init_path $pi_init_env $pi_init_cmd
pi_init_cmd為
pi_init_cmd="/sbin/init"

因此開始運行busybox的init命令

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上面這些是在舊的openwrt下面的實現，在新的openwrt中沒有pi_init_cmd這樣的命令了，它在procd中實現。因為/sbin/init進程的最後一個函數preinit()函數會建立兩個新的進程，一個是procd，一個是/etc/preinit，下面來仔細分析一下：

/sbin/init進程是來自procd這個package裡面的，不再使用busybox了，而且它是從核心調用過來的，所以它的pid是1，pid 0是核心本身。fork建立父子進程，子進程做一些procd的配置後退出，注意這時procd並不算真正起來，它的pid不是1；父進程繼續建立父子進程，子進程調用/etc/preinit後退出。在這過程中/sbin/init的pid為1，始終沒有讓位。

    建立子進程執行/etc/preinit指令碼時，此時PREINIT環境變數被設定為1，主進程（pid=1）同時使用uloop_process_add()把/etc/preinit子進程加入uloop進行監控，當/etc/preinit執行結束時回調plugd_proc_cb()函數把監控/etc/preinit進程對應對象中pid屬性設定為0，表示/etc/preinit已執行完成
    建立子進程執行/sbin/procd -h/etc/hotplug-preinit.json，主進程同時使用uloop_process_add()把/sbin/procd子進程加入uloop進行監控，當/sbin/procd進程結束時回調spawn_procd()函數，spawn_procd()函數繁衍後繼真正使用的/sbin/procd進程，這時procd的進程號將是1。

下面這個函數會用procd將/sbin/init進程替換，從而procd的進程號為1：

    從/tmp/debuglevel讀出debug層級並設定到環境變數DBGLVL中，把watchdog fd設定到環境變數WDTFD中，最後調用execvp()繁衍/sbin/procd進程 

3. “/sbin/init”（下面內容主要來自網路）

這個進程以前是由busy box實現，但是現在由procd來實現了，找代碼時不要找錯位置。

int  main(int argc, char **argv)  {      pid_t pid;        sigaction(SIGTERM, &sa_shutdown, NULL);      sigaction(SIGUSR1, &sa_shutdown, NULL);      sigaction(SIGUSR2, &sa_shutdown, NULL);        early();//-------->early.c      cmdline();      watchdog_init(1); //------->../watchdog.c        pid = fork();      if (!pid) {          char *kmod[] = { "/sbin/kmodloader", "/etc/modules-boot.d/", NULL };            if (debug < 3) {              int fd = open("/dev/null", O_RDWR);                if (fd > -1) {                  dup2(fd, STDIN_FILENO);                  dup2(fd, STDOUT_FILENO);                  dup2(fd, STDERR_FILENO);                  if (fd > STDERR_FILENO)                      close(fd);              }          }          execvp(kmod[0], kmod);          ERROR("Failed to start kmodloader\n");          exit(-1);      }      if (pid <= 0)          ERROR("Failed to start kmodloader instance\n");      uloop_init();      preinit();    //-------------->watchdog.c      uloop_run();        return 0;  }  

early() mount /proc /sys /tmp /dev/dev/pts目錄(early_mount) 建立裝置節點和/dev/null檔案結點(early_dev) 設定PATH環境變數(early_env) 初始化/dev/console cmdline() 根據/proc/cmdline內容init_debug=([0-9]+)判斷debug層級 watchdog_init() 初始化核心watchdog(/dev/watchdog) 載入核心模組 建立子進程/sbin/kmodloader載入/etc/modules-boot.d/目錄中的核心模組 preinit()

建立子進程執行/etc/preinit指令碼，此時PREINIT環境變數被設定為1，主進程同時使用uloop_process_add()把/etc/preinit子進程加入uloop進行監控，當/etc/preinit執行結束時回調plugd_proc_cb()函數把監控/etc/preinit進程對應對象中pid屬性設定為0，表示/etc/preinit已執行完成

建立子進程執行/sbin/procd -h/etc/hotplug-preinit.json，主進程同時使用uloop_process_add()把/sbin/procd子進程加入uloop進行監控，當/sbin/procd進程結束時回調spawn_procd()函數

spawn_procd()函數繁衍後繼真正使用的/sbin/procd進程，從/tmp/debuglevel讀出debug層級並設定到環境變數DBGLVL中，把watchdog fd設定到環境變數WDTFD中，最後調用execvp()繁衍/sbin/procd進程 watchdog

如果存在/dev/watchdog裝置，設定watchdog timeout等於30秒，如果核心在30秒內沒有收到任何資料將重啟系統。使用者狀進程使用uloop定時器設定5秒周期向/dev/wathdog裝置寫一些資料通知核心，表示此使用者進程在正常工作

/** * 初始化watchdog */void watchdog_init(int preinit)/** * 裝置通知核心/dev/watchdog頻率(預設為5秒) * 返回老頻率值 */int watchdog_frequency(int frequency)/** * 裝置核心/dev/watchdog逾時時間 * 當參數timeout<=0時，表示從傳回值擷取當前逾時時間 */int watchdog_timeout(int timeout)/** * val為true時停止使用者狀通知定時器，意味著30秒內系統將重啟 */void watchdog_set_stopped(bool val)

signal

資訊處理，下面為procd對不同資訊的處理方法 SIGBUS、SIGSEGV訊號將調用do_reboot() RB_AUTOBOOT重啟系統 SIGHUP、SIGKILL、SIGSTOP訊號將被忽略 SIGTERM訊號使用RB_AUTOBOOT事件重啟系統 SIGUSR1、SIGUSR2訊號使用RB_POWER_OFF事件關閉系統 procd

procd有5個狀態，分別為STATE_EARLY、STATE_INIT、STATE_RUNNING、STATE_SHUTDOWN、STATE_HALT，這5個狀態將按順序變化，目前狀態儲存在全域變數state中，可通過procd_state_next()函數使用狀態發生變化 STATE_EARLY狀態 - init前準備工作 初始化watchdog 根據"/etc/hotplug.json"規則監聽hotplug procd_coldplug()函數處理，把/dev掛載到tmpfs中，fork udevtrigger進程產生冷插拔事件，以便讓hotplug監聽進行處理 udevstrigger進程處理完成後回調procd_state_next()函數把狀態從STATE_EARLY轉變為STATE_INIT STATE_INIT狀態 - 初始化工作 串連ubusd，此時實際上ubusd並不存在，所以procd_connect_ubus函數使用了定時器進行重連，而uloop_run()需在初始化工作完成後才真正運行。當成功串連上ubusd後，將註冊servicemain_object對象，system_object對象、watch_event對象(procd_connect_ubus()函數)， 初始化services（服務）和validators（服務驗證器）全域AVL tree 把ubusd服務加入services管理對象中(service_start_early) 根據/etc/inittab內容把cmd、handler對應關係加入全域鏈表actions中 執行inittab的指令碼，該指令碼來自
package/base-files/files/etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS S boot
::shutdown:/etc/init.d/rcS K stop
tts/0::askfirst:/bin/ash --login
ttyS0::askfirst:/bin/ash --login
tty1::askfirst:/bin/ash --login
sysinit為系統初始化啟動並執行 /etc/init.d/rcS S boot指令碼
shutdown為系統重啟或關機啟動並執行指令碼
tty開頭的是，如果使用者通過串口或者telnet登入，則運行/bin/ash --login

askfirst和respawn相同，只是在運行前提示"Please press Enter to activate this console."
順序載入respawn、askconsole、askfirst、sysinit命令 sysinit命令把/etc/rc.d/目錄下所有啟動指令碼執行完成後將回調rcdone()函數把狀態從STATE_INITl轉變為STATE_RUNNING
當前啟動轉到運行 /etc/init.d/rcS S boot，該指令碼來自
package/base-files/files/etc/init.d/rcS
和preinit類似，rcS也是一系列指令碼的入口，其運行/etc/rc.d目錄下S開頭的的所
有指令碼(如果運行rcS K stop，則運行K開頭的所有指令碼)
K50dropbear S02nvram S40network S50dropbear S96led
K90network S05netconfig S41wmacfixup S50telnet S97watchdog
K98boot S10boot S45firewall S60dnsmasq S98sysntpd
K99umount S39usb S50cron S95done S99sysctl
上面的指令檔來自：
package/base-files/files/etc/init.d
target/linux/brcm-2.4/base-files/etc/init.d
還有一些指令碼來自各個模組，在install時拷貝到rootfs，比如dropbear模組
package/dropbear/files/dropbear.init
這些指令碼先拷貝到/etc/init.d下，然後通過/etc/rc.common指令碼，將init.d的指令碼連結到/etc/rc.d目錄下，並且根據 這些指令碼中的START和STOP的關鍵字，添加K${STOP}和S${START}的首碼，這樣就決定了指令碼的先後的運行次序。
STATE_RUNNING狀態 進入STATE_RUNNING狀態後procd運行uloop_run()主迴圈 trigger任務隊列 資料結構

struct trigger {    struct list_head list;    char *type;    int pending;    int remove;    int timeout;    void *id;    struct blob_attr *rule;    struct blob_attr *data;    struct uloop_timeout delay;    struct json_script_ctx jctx;};struct cmd {    char *name;    void (*handler)(struct job *job, struct blob_attr *exec, struct blob_attr *env);};struct job {    struct runqueue_process proc;    struct cmd *cmd;    struct trigger *trigger;    struct blob_attr *exec;    struct blob_attr *env;};

介面說明

/** * 初始化trigger任務隊列 */void trigger_init(void)/** * 把服務和服務對應的規則加入trigger任務隊列 */void trigger_add(struct blob_attr *rule, void *id)/** * 把服務從trigger任務隊列中刪除 */void trigger_del(void *id)/** *  */void trigger_event(const char *type, struct blob_attr *data)

service

Name	Handler	Blob_msg policy
set	service_handle_set	service_set_attrs
add	service_handle_set	service_set_attrs
list	service_handle_list	service_attrs
delete	service_handle_delete	service_del_attrs
update_start	service_handle_update	service_attrs
update_complete	service_handle_update	service_attrs
event	service_handle_event	event_policy
validate	service_handle_validate	validate_policy

system

Name	Handler	Blob_msg policy
board	system_board
info	system_info
upgrade	system_upgrade
watchdog	watchdog_set	watchdog_policy
signal	proc_signal	signal_policy
nandupgrade	nand_set	nand_policy

shell調用介面

程式碼程式庫路徑: package/system/procd/files/procd.sh 裝置上路徑: /lib/functions/procd.sh

/etc/init.d/daemon

#!/bin/sh /etc/rc.commonSTART=80STOP=20USE_PROCD=1start_service(){    procd_open_instance    procd_set_param command /sbin/daemon    procd_set_param respawn    procd_close_instance}