嵌入式Linux使用Busybox init进程启动过程分析

港控/mmm° 2022-08-12 00:17 214阅读 0赞

一、Busybox

Busybo是一个遵循GPLv2协议的开源项目。 **Busybox**将众多的Linux命令集合进一个很小的可执行程序中，可以用来替换GNU fileutils shellutils等工具集。Busybox中各种命令与相应的GNU工具相比，所能提供的选项较少，但是能够满足一般应用。 **[Busybox][]**为各种小型 的或者嵌入式系统提供了一个比较完完全的工具集。  
Busybox在编写过程中对文件大小进行了优化，并考虑了系统资源有限的情况。与一般的GNU 工具集动辄几MB的体积相比，动态连接的Busybox只有几百KB，即使静态连接也只有1MB左右。有人将Busybox比喻成Linux工具中的瑞士 军刀，简单的说就是好像是Linux的一个大的工具集，包括了Linux中的大部分命令和工具。嵌入式根目录下的bin,sbin和usr目录以及 linuxc通常就是Busybox。Busybox会根据配置的不同自动的生成一些文件，但是有些根文件系统下的文件还是需要用户自己来建立。

二、Busybox启动流程分析

init进程是由内核启动的第一个也是惟一的一个用户进程，它根据配置文件决定启动哪些程序，比如执行某些脚本，启动shell，运行用户指定的程序等。 init进程是后续所有进程的发起者，比如init进程启动/bin/sh程序后，才能够在控制台上输入各种命令。  
   init进程的执行程序通常是sbin/init，上面讲述的init进程的作用只不过是/sbin/init这个程序的功能。在嵌入式领域，通常使用 Busybox集成的init程序.嵌入式根目录下的bin,sbin和usr目录以及linuxc通常就是Busybox。

1、在kernel/init/main.c的init函数中有如下代码：  
 if(execute\_command)  
 execve(execute\_command,argv\_init,envp\_init);  
 execve("/sbin/init",argv\_init,envp\_init);  
bootloader会传给内核的main函数 init=/linuxrc这个参数，于是就会执行下面的这句  
execute\_command = "linuxrc",busybox中\_install目录下的linuxrc是Busybox的一个软链接，指向/bin/busybox,而 /sbin/init也是/bin/busybox的符号链接，因此这个linxrc基本没有实际的意义只是一个连接作用。我们可以重写linuxrc， 添加自己的一些初始化的东西。这样就可以把Linux内核中的init程序和Busybox中的init程序结合起来了。

2、Busybox init进程启动流程

Busybox是目标板系统上执行的第一个应用程序，当调用Busybox它会执行Busybox自身的init进程。  
 Busybox initt 程序对应的代码在init/init.c文件中。其对应的流程图如下：

![busybox初始化流程图][busybox]

其中与构建根文件系统关系密切的是控制台的初始化，对inittab文件的解释及执行。从图中我们可以 看出， **Busybox** init启动的第一个函数是int init\_main(int argc UNUSED\_PARAM, char \*\*argv)，在这里可以设置信号的处理函数，初始化控制台，最重要的是解析inittab中内容。

在init\_main()函数中会调用parse\_inittab(void)函数，parse\_inittab(void)函数可以使用一些默认的配置，当/etc/inittab没有配置时。

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div> 
     <code>static void parse_inittab(void)<br> { <br> #if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;char *token[4];<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);<br> <br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if (parser == NULL)<br> #endif<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ <br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* No inittab file -- set up some default behavior */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* Reboot on Ctrl-Alt-Del */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* Umount all filesystems on halt/reboot */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* Swapoff on halt/reboot */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if (ENABLE_SWAPONOFF)<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* Prepare to restart init when a QUIT is received */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(RESTART, "init", "");<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* Askfirst shell on tty1-4 */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");<br> //TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -&gt; ctty problems -&gt; angry users<br> <br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* sysinit */<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");<br> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;return;<br> &nbsp;}</code> 
    </div> 
    <div> 
     <code>..............&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br> }</code> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中最重要的一个是其中，最重要的一个，就是 new\_init\_action(SYSINIT, INIT\_SCRIPT, "")，也就决定了接下去初始化的脚本是INIT\_SCRIPT所定义的值。这个宏的默认值是"/etc/init.d/rcS".

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>#define INITTAB "/etc/inittab"&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* inittab file location */<br> #ifndef INIT_SCRIPT<br> #define INIT_SCRIPT "/etc/init.d/rcS"&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* Default sysinit script. */<br> #endif</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1）下面是分析文件系统中/etc/init.d/rcS的内容,这是我的rcS文件中的内容。这个文件会在inittab中使用。在inittab后启动rcS.

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div> 
     <code>#!/bin/sh&nbsp;<br> PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin&nbsp;<br> runlevel=S&nbsp;<br> prevlevel=N&nbsp;<br> umask 022&nbsp;<br> export PATH runlevel prevlevel&nbsp; //上面几句为启动环境设置必要的环境变量<br> echo "----------munt all----------------"&nbsp;<br> mount -a&nbsp; //加载文件/etc/fstab文件中的选项，<br> echo /sbin/mdev&gt;/proc/sys/kernel/hotplug&nbsp;<br> mdev -s&nbsp; //在/dev 目录下建立必要的设备节点；<br> echo "***********************************************"&nbsp;<br> echo "****************Studying ARM Embedded *********************<br> echo "Kernel version:linux-2.6.32.1"&nbsp;<br> echo "Author frank"&nbsp;<br> echo "Date:2010.4.19"&nbsp;<br> echo "***********************************************</code> 
    </div> 
    <div> 
     <code><span style="color:rgb(0,0,0)">/bin/hostname&nbsp;-F&nbsp;/etc/sysconfig/HOSTNAME&nbsp; //设置主机的名字</span></code> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div> 
     <code>//下面这一句是设置内核的hotplug handler 为 mdev, 即当设备热插拔时，由 mdev 接收来自内核的消息并作出相应的回应, 比如挂载U盘。</code> 
    </div> 
    <div> 
     <code>echo /sbin/mdev&gt;/proc/sys/kernel/hotplug</code> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

2）下面是inittab文件的分析：如果存在/etc/inittab文件，Busybox init程序解析它，然后按照它的指示各种子进程，否则使用默认的配置创建子进程

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>#etc/inittab<br> ::sysinit:/etc/init.d/rcS&nbsp;&nbsp;&nbsp; //作为系统初始化文件.<br> s3c2410_serial0::askfirst:-/bin/sh&nbsp; 在串口启动一个登录会话<br> ::ctrlaltdel:/sbin/reboot&nbsp; //作为init重启执行程序.<br> ::shutdown:/bin/umount -a –r</code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;//告诉init在关机时运行umount命令卸载所有的文件系统，如果卸载失败，试图以只读方式重新挂载。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

/etc/inittab 文件中每个条目用来定义一个子进程，并确定它的启动方法，格式如下 ：  
<id>:<runlevels>:<action>:<process>  
例如：  
ttySAC0:askfirst:-/bin/sh  
（1）<id>:表示这个进程要使用的控制台（即标准输入、标准输出、标准错误设备）。如果省略，则使用与init进程一样的控制台。  
（2）<runlevels>:对于Busybox init程序，这个字段滑意义，可以省略。  
（3）<action>:表示init程序如何控制这个子进程，  
（4）<process>: 要执行的程序，它可以是可执行程序，也可以是脚本  
如果<process>:字段有"-"字符，表示这个程序被称为“交互的”。在/etc/inittab/文件的控制下，init进程的行为总结如下：  
（1）在系统启动前期，init进程首先启动<action>为sysinit wait once的3类子进程。  
（2）在系统正常运行期间，init程序首先启动,<action>为respawn askfirst的两类子进程，并监视它们，发现某个子进程退出时重新启动它。  
（3） 在系统退出时，执行<action> 为shutdown restart ctrlaltdel的3类子进程之一或全部。  
如果根文件系统中没有/etc/initab文件，Busybox init程序将使用如下默认的inittab条目。

/etc/inittab文件中<action>字段的意义

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>Action&nbsp;名称</p> </td> 
   <td> <p>执行条件</p> </td> 
   <td> <p>说明</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Sysinit</p> </td> 
   <td> <p>系统启动后最先执行</p> </td> 
   <td> <p>只执行一次，&nbsp;init&nbsp;进程等待它结束才继续执行其它动作</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Wait</p> </td> 
   <td> <p>系统执行完&nbsp;sysinit&nbsp;进程后</p> </td> 
   <td> <p>只执行一次，&nbsp;init&nbsp;进程等待它结束才继续执行其它动作</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Once</p> </td> 
   <td> <p>系统执行完&nbsp;wait&nbsp;进程后</p> </td> 
   <td> <p>只执行一次&nbsp;,init&nbsp;进程不等待它结束</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Respawn</p> </td> 
   <td> <p>启动完&nbsp;once&nbsp;进程后</p> </td> 
   <td> <p>Init&nbsp;进程监测发现子进程退出时，重新启动它</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Askfirst</p> </td> 
   <td> <p>启动完&nbsp;respawn&nbsp;进程后</p> </td> 
   <td> <p>与&nbsp;respawn&nbsp;类似，不过&nbsp;init&nbsp;进程先输出“&nbsp;Please press Enter to actvie this console&nbsp;”，等用户输入驾车键之后才启动子进程</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Shutdown</p> </td> 
   <td> <p>当系统关机时</p> </td> 
   <td> <p>即重启关闭系统命令时</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Restart</p> </td> 
   <td> <p>Busybox&nbsp;中配置了CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB，并且&nbsp;init&nbsp;进程接收到&nbsp;SIGHUP&nbsp;信号时</p> </td> 
   <td> <p>先重新读取，解析&nbsp;/etc/initab&nbsp;文件，再执行&nbsp;restart&nbsp;程序</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>Ctrlatldel</p> </td> 
   <td> <p>按下&nbsp;Ctr+Alt+del&nbsp;组合键时</p> </td> 
   <td> <p>&nbsp;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

3）下面是etc/fstab文件内容，表示执行完“mount -a”命令后将挂载proc tmpfs等系统

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>#device mount-point type option dump fsck order<br> proc /proc proc defaults 0 0<br> temps /tmp rpoc defaults 0 0<br> none /tmp ramfs defaults 0 0<br> sysfs /sys sysfs defaults 0 0<br> mdev /dev ramfs defaults 0 0</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

4）/etc/profile文件

这个文件是 sh 用的，当用户获得一个 shell 后， sh 就会根据这个文件配置用户的登陆环境，下面是我的profile 文件。

<table style="color:rgb(51,51,51)"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code><span style="color:rgb(0,0,0)"><span style="color:rgb(0,0,204)">#</span>&nbsp;Ash profile<br> <span style="color:rgb(0,0,204)">#</span>&nbsp;vim<span style="color:rgb(0,0,204)">:</span>&nbsp;syntax<span style="color:rgb(0,0,204)">=</span>&nbsp;sh<br> <span style="color:rgb(0,0,204)">#</span>&nbsp;No core&nbsp;<span style="color:rgb(255,0,0)">file</span>&nbsp;by defaults<br> <span style="color:rgb(0,0,204)">#</span>&nbsp;ulimit&nbsp;<span style="color:rgb(0,0,204)">-</span>&nbsp;S&nbsp;<span style="color:rgb(0,0,204)">-</span>&nbsp;c 0<span style="color:rgb(0,0,204)">&gt;</span>&nbsp;<span style="color:rgb(0,0,204)">/</span>&nbsp;dev<span style="color:rgb(0,0,204)">/</span>&nbsp;<span style="color:rgb(255,0,0)">null</span>&nbsp;2<span style="color:rgb(0,0,204)">&gt;</span>&nbsp;<span style="color:rgb(0,0,204)">&amp;</span>&nbsp;1<br> USER<span style="color:rgb(0,0,204)">=</span>&nbsp;<span style="color:rgb(255,0,255)">"id -un"</span>&nbsp;<br> LOGNAME<span style="color:rgb(0,0,204)">=</span>&nbsp;<span style="color:rgb(0,0,204)">$</span>&nbsp;USER<br> PS1<span style="color:rgb(0,0,204)">=</span>&nbsp;<span style="color:rgb(255,0,255)">'[/u@/h=W]#'</span>&nbsp;<br> PATH<span style="color:rgb(0,0,204)">=</span>&nbsp;<span style="color:rgb(0,0,204)">$</span>&nbsp;PATH<br> HOSTNAME<span style="color:rgb(0,0,204)">=</span>&nbsp;<span style="color:rgb(255,0,255)">'/bin/hostname'</span>&nbsp;<br> <span style="color:rgb(0,0,255)">export</span>&nbsp;USER LOGNAME PS1 PATH</span></code></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中PATH环境变量指定当用户键入一个命令时，sh寻找这个命令的路径。PS1指定sh提示符的格式。其它的 export 命令， alias 命令， busybox 里面的 ash 和 bash 非常相似

这样， **[Busybox][]**所需的基本的配置文件就完成了。这也是Busybox最基本的文件，当然还可以配置更多的文件，增强Busybox的功能。

[Busybox]: http://blog.csdn.net/shanzhizi/article/category/1277259
[busybox]: /images/20220810/ab6425cc65c64937a2397f1c96833764.png