【嵌入式Linux基础】启动初始化程序--init程序
文章目录
- 内核启动后
- 初始化程序简介
- BusyBox init
- Buildroot init 脚本
- 后记
内核启动后
内核引导代码在initramfs中通过内核命令行中的root=指定的文件系统中去寻找根系统文件，并执行一个相应的程序。在默认情况下，对于initramfs这个程序是/init，对于常规文件系统，是/sbin/init程序。init程序具有root权限，且因为它是第一个运行的进程，所以其进程ID（PID）是1。如果init程序未能启动，则内核将会崩溃。
init程序是所有其他进程的祖先。在这里，通过pstree命令可以看出，在大部分版本中，init通常是psmisc包中的一部分：
# pstree -gn init(1)-+-syslogd(63)|-klogd(66)|-dropbear(99)`-sh(100)---pstree(109)
init程序的任务是接管系统并使之运行。它和运行shell脚本的shell命令一样简单。
- 在启动阶段，它启动守护进程，配置系统参数，以及负责让系统进入工作状态所需要做的配置操作。
- 作为可选项，它可以启动其他守护进程，如在终端上的getty守护进程，该进程允许登录shell。
- 接收那些因为直接父进程被终止，以及线程组中没有其他进程而形成的孤儿进程。
- 它通过捕捉信号SIGCHLD并收集其返回值以防止它们成为僵尸进程，对init的直接子进程的终止进行响应。
- 作为一个可选项，它重新启动那些已经终止的守护进程。
- 它处理系统关机。
换句话说，init管理着系统从开机到关机的整个生命周期。
初始化程序简介
在嵌入式设备中，你最有可能遇到三个初始化程序是BusyBox init、System V init 和 systemd。Buildroot默认只构建BusyBox init，你也可以选择构建所有三个初始化程序。Yocto项目默认构建System V init，当然其他两种也可以选择。
| 类别 | Busy Box init | System V init | systemd |
|---|---|---|---|
| 复杂性 | 低 | 中 | 高 |
| 启动速度 | 快 | 慢 | 中 |
| 所需shell | ash | ash 或 bash | 无 |
| 可执行程序数量 | 0 | 4 | 50（构建系统时的配置 |
| 支持的C库 | 任意 | 任意 | glibc |
| 大小(MB) | 0 | 0.1 | 34（构建系统时的配置 |
systemd的50个可执行程序、34MB的大小都是基于Buildroot的配置。
一般来说，从BusyBox init到 systemd，灵活性和复杂性都会逐渐增加。
BusyBox init
BusyBox 的 init 程序最小，它使用配置文件/etc/inittab来定义规则，在系统启动阶段控制程序启动，在关机阶段控制程序终止。通常情况下，实际工作是由shell脚本来完成的，而按照惯例，脚本会放置在/etc/init.d目录下。
init 首先会读取配置文件/etc/inittab。配置文件包含了一个需要运行的程序列表，一行一个，格式如下：
<id>::<action>:<program>
- id：指令所针对的控制终端
- action：运行该指令的条件，将在下面的段落展示
- program：待运行的程序
运行该指令的条件（action字段）的可填写的内容：
- sysinit：在其他所有类型的操作之前，当初始化开始时，运行程序。
- respawn：运行指定程序，如果程序终止则重新启动。
- askfirst：与respawn相同，但是这个会向控制台输出“Please press Enter to activate this console”，并在按下Enter键时运行该程序。它用于在终端上启动一个交互式shell，且不提示输入用户名或密码。
- once：运行指定程序，如果该程序终止，不会尝试重新启动它。
- wait：运行指定程序，并等待其完成。
- restart：当init接收到信号SIGHUP时，这表明其应该重新载入inittab文件，此时运行指定程序。
- ctrlaltdel：当init接收到信号SIGINT时运行指定程序，这通常是由于用户在控制台按下了 Ctrl+Alt+Del 组合按键。
- shutdown：当init关闭时运行指定程序。
这是一个完整的实际使用的inittab文件
# /etc/inittab
#
# Copyright (C) 2001 Erik Andersen <andersen@codepoet.org>
#
# Note: BusyBox init doesn't support runlevels. The runlevels field is
# completely ignored by BusyBox init. If you want runlevels, use
# sysvinit.
#
# Format for each entry: <id>:<runlevels>:<action>:<process>
#
# id == tty to run on, or empty for /dev/console
# runlevels == ignored
# action == one of sysinit, respawn, askfirst, wait, and once
# process == program to run# Startup the system
::sysinit:/bin/mount -t proc proc /proc
::sysinit:/bin/mount -o remount,rw /
::sysinit:/bin/mkdir -p /dev/pts
::sysinit:/bin/mkdir -p /dev/shm
::sysinit:/bin/mount -a 2>/dev/null
::sysinit:/bin/hostname -F /etc/hostname
# now run any rc scripts
::respawn:-/bin/sh
::sysinit:/etc/init.d/rcS# Put a getty on the serial port
#ttyFIQ0::respawn:/sbin/getty -L ttyFIQ0 0 vt100 # GENERIC_SERIAL# Stuff to do for the 3-finger salute
#::ctrlaltdel:/sbin/reboot# Stuff to do before rebooting
::shutdown:/etc/init.d/rcK
::shutdown:/sbin/swapoff -a
::shutdown:/bin/umount -a -r
/etc/inittab文件中<action>字段的意义
| action名称 | 执行条件 | 说明 |
|---|---|---|
| sysinit | 系统启动后最先执行 | 只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行其他动作 |
| wait | 系统执行完sysinit进程后 | 只执行一次，init进程等待它结束才继续执行其他动作 |
| once | 系统执行完wait进程后 | 只执行一次，init进程不等待它结束 |
| respawn | 启动完once进程后 | init进程检测发现子进程退出时，重新启动它 |
| askfirst | 启动完respawn进程后 | 与respawn进程类型，不过init进程先输出“Please press Enter to activate this console”，等用户输入回车键之后才启动子进程。 |
| shutdown | 当系统关机时执行 | 即重启、关闭系统命令时 |
| restart | BusyBox中配置了CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB，并且init进程接收到SIGHUP信号时 | 先重新读取、解析/etc/inittab文件，再执行restart程序 |
| ctrlaltdel | 按下 Ctrl+Alt+Del 组合键时 |
以下是一个小例子，包括挂载的 proc 和 sysfs ，以及在串行接口运行 shell：
null::sysinit:/bin/mount -t proc proc /proc
null::sysinit:/bin/mount -t sysfs sysfs /sys
console::askfirst:-/bin/sh
对于简单的项目，比如你只想启动少量的守护进程，或者是在串口终端启动一个登录shell，手写一个脚本也很容易。这种情况下，如果你创建一个简单的定制的嵌入式Linux是很合适的。然而，你会发现随着需要配置的事情不断增加，手写一个init脚本很快就会变得非常难以维护。
Buildroot init 脚本
多年以来，Buildroot有效使用了BusyBox 的init程序。Buildroot在/etc/init.d目录中有两个脚本，名为 rcS 和 rcK 。第一个脚本 rcS 在开机时运行，并从一个大写S加两位数字开始遍历所有的脚步，并按数字顺序运行，这就是开始脚本。rcK 脚本在关机时运行，从一个大写K 加两位数字开始遍历所有的脚本，并按数字顺序运行，这就是结束脚本。
以上的做法也是存在的，实际上更多做法是在目录/etc/init.d里面只有众多的S开头的启动脚本，在S开头的脚本里面通过传入的参数start或者stop来执行开机时的操作逻辑或者关机时的操作逻辑。
一个典型实际使用的rcS脚本：
#!/bin/sh# Start all init scripts in /etc/init.d
# executing them in numerical order.
#
for i in /etc/init.d/S??* ;do# Ignore dangling symlinks (if any).[ ! -f "$i" ] && continuecase "$i" in*.sh)# Source shell script for speed.(trap - INT QUIT TSTPset start. $i);;*)# No sh extension, so fork subprocess.$i start;;esac
done
一个典型实际使用的rcK脚本：
#!/bin/sh# Stop all init scripts in /etc/init.d
# executing them in reversed numerical order.
#
for i in $(ls -r /etc/init.d/S??*) ;do# Ignore dangling symlinks (if any).[ ! -f "$i" ] && continuecase "$i" in*.sh)# Source shell script for speed.(trap - INT QUIT TSTPset stop. $i);;*)# No sh extension, so fork subprocess.$i stop;;esac
done
一个典型实际使用的S开头的用于alsa系统启动的脚本：
S04alsa.sh
#!/bin/sh
#case "$1" instart)if [ -f "/etc/asound.state" ];thenalsactl restore -f /etc/asound.statefi#enable spkecho 1 > /proc/rp_power/spk_onecho 0 > /proc/rp_power/spk_mute;;stop)echo "not stop function";;*)echo "Usage: $0 {start|stop}"exit 1;;
esac
在操作系统中，一般系统的服务都是以后台进程的方式存在，而且都会常驻系统中，直到关机才结束。这类服务也称Daemon，在Linux系统中就包含许多的Daemon。判断Daemon最简单的方法就是从名称上看。多数的Daemon都是由服务名称加上d。例如，在Linux操作系统中HTTP服务的Deamon就是httpd。
通过这一套机制，Buildroot包能够很容易地提供自己的开始脚本和结束脚本，并利用两个数字编号影响这些脚本的运行顺序，使其按照应有的顺序执行，从而使系统成为可扩展的。
后记
其他的init程序比如：System V init 和 systemd，笔者也没有使用过，有兴趣可以去看《嵌入式Linux编程》【Chris Simmonds】这本书的【第9章 启动初始化程序】的9.4和9.5小节。