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Android Init進(jìn)程對(duì)信號(hào)的處理流程詳細(xì)介紹

 更新時(shí)間:2017年02月19日 11:05:41   投稿:lqh  
這篇文章主要介紹了Android Init進(jìn)程對(duì)信號(hào)的處理流程詳細(xì)介紹的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

Android  Init進(jìn)程對(duì)信號(hào)的處理流程

在Android中,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程退出(exit())時(shí),會(huì)向它的父進(jìn)程發(fā)送一個(gè)SIGCHLD信號(hào)。父進(jìn)程收到該信號(hào)后,會(huì)釋放分配給該子進(jìn)程的系統(tǒng)資源;并且父進(jìn)程需要調(diào)用wait()或waitpid()等待子進(jìn)程結(jié)束。如果父進(jìn)程沒有做這種處理,且父進(jìn)程初始化時(shí)也沒有調(diào)用signal(SIGCHLD, SIG_IGN)來顯示忽略對(duì)SIGCHLD的處理,這時(shí)子進(jìn)程將一直保持當(dāng)前的退出狀態(tài),不會(huì)完全退出。這樣的子進(jìn)程不能被調(diào)度,所做的只是在進(jìn)程列表中占據(jù)一個(gè)位置,保存了該進(jìn)程的PID、終止?fàn)顟B(tài)、CPU使用時(shí)間等信息;我們將這種進(jìn)程稱為“Zombie”進(jìn)程,即僵尸進(jìn)程。

在Linux中,設(shè)置僵尸進(jìn)程的目的是維護(hù)子進(jìn)程的一些信息,以供父進(jìn)程后續(xù)查詢獲取。特殊的,如果一個(gè)父進(jìn)程終止,那么它的所有僵尸子進(jìn)程的父進(jìn)程將被設(shè)置為Init進(jìn)程(PID為1),并由Init進(jìn)程負(fù)責(zé)回收這些僵尸進(jìn)程(Init進(jìn)程將wait()/waitpid()它們,并清除它們?cè)谶M(jìn)程列表中的信息)。

由于僵尸進(jìn)程仍會(huì)在進(jìn)程列表中占據(jù)一個(gè)位置,而Linux所支持的最大進(jìn)程數(shù)量是有限的;超過這個(gè)界限值后,我們就無法創(chuàng)建進(jìn)程。所以,我們有必要清理那些僵尸進(jìn)程,以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

接下來,我們分析下Init進(jìn)程是如何處理SIGCHLD信號(hào)的。

在Init.cpp中,我們是通過signal_handler_init()來初始化SIGCHLD信號(hào)處理的:

void signal_handler_init() { 
  // Create a signalling mechanism for SIGCHLD. 
  int s[2]; 
  //socketpair()創(chuàng)造一對(duì)未命名的、相互連接的UNIX域套接字 
  if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC, 0, s) == -1) { 
    ERROR("socketpair failed: %s\n", strerror(errno)); 
    exit(1); 
  } 
 
  signal_write_fd = s[0]; 
  signal_read_fd = s[1]; 
 
  // Write to signal_write_fd if we catch SIGCHLD. 
  struct sigaction act; 
  memset(&act, 0, sizeof(act)); 
  act.sa_handler = SIGCHLD_handler;//設(shè)置信號(hào)處理函數(shù)句柄,當(dāng)有信號(hào)產(chǎn)生時(shí),會(huì)向上面創(chuàng)建的socket寫入數(shù)據(jù),epoll監(jiān)控到該socket對(duì)中的fd可讀時(shí),就會(huì)調(diào)用注冊(cè)的函數(shù)去處理該事件 
  act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP;//設(shè)置標(biāo)志,表示只有當(dāng)子進(jìn)程終止時(shí)才接受SIGCHID信號(hào) 
  sigaction(SIGCHLD, &act, 0);//初始化SIGCHLD信號(hào)處理方式 
 
  reap_any_outstanding_children();//處理這之前退出的子進(jìn)程 
  register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal); 
} 

我們通過sigaction()函數(shù)來初始化信號(hào)。在act參數(shù)中,指定了信號(hào)處理函數(shù):SIGCHLD_handler();如果有信號(hào)到來,就會(huì)調(diào)用該函數(shù)處理;同時(shí),在參數(shù)act中,我們還設(shè)置了SA_NOCLDSTOP標(biāo)志,表示只有當(dāng)子進(jìn)程終止時(shí)才接受SIGCHLD信號(hào)。

Linux中,信號(hào)是一種軟中斷,所以信號(hào)的到來會(huì)終止當(dāng)前進(jìn)程正在處理的操作。所以,我們?cè)谧?cè)的信號(hào)處理函數(shù)中不要調(diào)一些不可重入的函數(shù)。并且,Linux不會(huì)對(duì)信號(hào)做排隊(duì)處理,在一個(gè)信號(hào)的處理期間不管再收到多少個(gè)信號(hào),當(dāng)前信號(hào)處理完畢后,內(nèi)核也只會(huì)再發(fā)送一個(gè)信號(hào)給進(jìn)程;所以這里就存在信號(hào)丟失的可能。為了避免丟失信號(hào),我們注冊(cè)的信號(hào)處理函數(shù)操作應(yīng)該越高效、越快越好。

而我們處理SIGCHLD信號(hào)時(shí),父進(jìn)程會(huì)做等待操作,這個(gè)時(shí)間是比較長(zhǎng)的。為了解決這個(gè)問題,上面的信號(hào)初始化代碼中創(chuàng)建了一對(duì)未命名且相關(guān)聯(lián)的本地socket用于線程間通信。注冊(cè)的信號(hào)處理函數(shù)是SIGCHLD_handler():

static void SIGCHLD_handler(int) { 
  if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(signal_write_fd, "1", 1)) == -1) { 
    ERROR("write(signal_write_fd) failed: %s\n", strerror(errno)); 
  } 
}

#define TEMP_FAILURE_RETRY(exp)      \ 
 ({                    \ 
  decltype(exp) _rc;           \ 
  do {                  \ 
   _rc = (exp);             \ 
  } while (_rc == -1 && errno == EINTR); \ 
  _rc;                  \ 
 }) 

當(dāng)有信號(hào)到來時(shí),只要向socket中寫入數(shù)據(jù),這個(gè)過程是很快的,此時(shí)信號(hào)的處理就轉(zhuǎn)移到socket的響應(yīng)中去進(jìn)行了;這樣就不會(huì)影響下一個(gè)信號(hào)的處理。同時(shí),write()函數(shù)外圍嵌套了一個(gè)do...while循環(huán),循環(huán)條件是write()發(fā)生錯(cuò)誤且當(dāng)前的錯(cuò)誤號(hào)為EINTR(EINTR :此調(diào)用被信號(hào)所中斷),即當(dāng)前write()是由于有中斷到來而發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),操作將再次執(zhí)行;其他情況下,write()函數(shù)只會(huì)執(zhí)行一次。再初始化完信號(hào)處理后,就會(huì)調(diào)用reap_any_outstanding_children() 處理這之前的進(jìn)程退出情況:

static void reap_any_outstanding_children() { 
  while (wait_for_one_process()) { 
  } 
} 

wait_for_one_process()主要調(diào)用waitpid()等待子進(jìn)程結(jié)束,當(dāng)該進(jìn)程代表的服務(wù)需要重啟時(shí),會(huì)對(duì)它做一些設(shè)置、清理工作。
最后,通過epoll_ctl()向epoll_fd注冊(cè)本地socket,監(jiān)聽其是否可讀;并注冊(cè)了epoll事件的處理函數(shù):

register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal); 
void register_epoll_handler(int fd, void (*fn)()) { 
  epoll_event ev; 
  ev.events = EPOLLIN;//對(duì)文件描述符可讀 
  ev.data.ptr = reinterpret_cast<void*>(fn);//保存指定的函數(shù)指針,用于后續(xù)的事件處理 
  if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1) {//向epoll_fd添加要監(jiān)聽的fd,比如property、keychord和signal事件監(jiān)聽 
    ERROR("epoll_ctl failed: %s\n", strerror(errno)); 
  } 
} 

我們以Zygote進(jìn)程退出為例,來看下SIGCHLD信號(hào)處理的具體流程。Zygote進(jìn)程在init.rc中被聲明為Service并由Init進(jìn)程創(chuàng)建。當(dāng)Zygote進(jìn)程退出時(shí),將向Init進(jìn)程發(fā)送SIGCHLD信號(hào)。前面的代碼已經(jīng)完成了信號(hào)的初始化操作,所以當(dāng)信號(hào)到來時(shí)會(huì)調(diào)用SIGCHLD_handler()函數(shù)處理,它的處理就是直接通過socket寫入一個(gè)數(shù)據(jù)就立刻返回;這時(shí),SIGCHLD的處理就轉(zhuǎn)移到socket事件的響應(yīng)上。我們通過epoll_ctl注冊(cè)了本地socket,并監(jiān)聽它是否可讀;這時(shí)由于之前的write()調(diào)用,此時(shí)socket有數(shù)據(jù)可讀,此刻會(huì)調(diào)用注冊(cè)的handle_signal()函數(shù)進(jìn)行處理:

static void handle_signal() { 
  // Clear outstanding requests. 
  char buf[32]; 
  read(signal_read_fd, buf, sizeof(buf)); 
 
  reap_any_outstanding_children(); 
} 

它會(huì)將socket的數(shù)據(jù)的獨(dú)到buf中,并調(diào)用reap_any_outstanding_children()函數(shù)處理子進(jìn)程的退出及服務(wù)的重啟操作:

static void reap_any_outstanding_children() { 
  while (wait_for_one_process()) { 
  } 
} 
static bool wait_for_one_process() { 
  int status; 
  pid_t pid = TEMP_FAILURE_RETRY(waitpid(-1, &status, WNOHANG));//等待子進(jìn)程結(jié)束,并獲取到它的pid進(jìn)程號(hào),WNOHANG表明若沒有進(jìn)程結(jié)束,則立即返回. 
  if (pid == 0) { 
    return false; 
  } else if (pid == -1) { 
    ERROR("waitpid failed: %s\n", strerror(errno)); 
    return false; 
  } 
 
  service* svc = service_find_by_pid(pid);//根據(jù)pid,在鏈表中找到這個(gè)服務(wù)信息 
 
  std::string name; 
  if (svc) { 
    name = android::base::StringPrintf("Service '%s' (pid %d)", svc->name, pid); 
  } else { 
    name = android::base::StringPrintf("Untracked pid %d", pid); 
  } 
 
  NOTICE("%s %s\n", name.c_str(), DescribeStatus(status).c_str()); 
 
  if (!svc) { 
    return true; 
  } 
 
  // TODO: all the code from here down should be a member function on service. 
  //如果該服務(wù)進(jìn)程沒有設(shè)定SVC_ONESHOT標(biāo)志,或者設(shè)置了SVC_RESTART標(biāo)志,則先殺掉當(dāng)前的進(jìn)程,在重新創(chuàng)建新的進(jìn)程; 
  //以避免后面重啟進(jìn)程時(shí),因當(dāng)前服務(wù)進(jìn)程已經(jīng)存在而發(fā)生錯(cuò)誤. 
  if (!(svc->flags & SVC_ONESHOT) || (svc->flags & SVC_RESTART)) { 
    NOTICE("Service '%s' (pid %d) killing any children in process group\n", svc->name, pid); 
    kill(-pid, SIGKILL); 
  } 
 
  // Remove any sockets we may have created. 
  //如果之前為這個(gè)服務(wù)進(jìn)程創(chuàng)建過socket,這時(shí)我們需要清除掉該socket 
  for (socketinfo* si = svc->sockets; si; si = si->next) { 
    char tmp[128]; 
    snprintf(tmp, sizeof(tmp), ANDROID_SOCKET_DIR"/%s", si->name); 
    unlink(tmp);//刪除這個(gè)socket設(shè)備文件 
  } 
 
  if (svc->flags & SVC_EXEC) {////服務(wù)完全退出,清除掉所有信息,并將該服務(wù)從svc-slist中移除 
    INFO("SVC_EXEC pid %d finished...\n", svc->pid); 
    waiting_for_exec = false; 
    list_remove(&svc->slist); 
    free(svc->name); 
    free(svc); 
    return true; 
  } 
 
  svc->pid = 0; 
  svc->flags &= (~SVC_RUNNING); 
 
  // Oneshot processes go into the disabled state on exit, 
  // except when manually restarted. 
  //如果該服務(wù)進(jìn)程帶有SVC_ONESHOT標(biāo)志,且沒有SVC_RESTART標(biāo)志,則表明該服務(wù)無需重啟 
  if ((svc->flags & SVC_ONESHOT) && !(svc->flags & SVC_RESTART)) { 
    svc->flags |= SVC_DISABLED; 
  } 
 
  // Disabled and reset processes do not get restarted automatically. 
  //如果服務(wù)帶有SVC_RESET標(biāo)志,表示服務(wù)無需重啟 
  if (svc->flags & (SVC_DISABLED | SVC_RESET)) {//從結(jié)果看SVC_RESET標(biāo)志的判斷優(yōu)先級(jí)最高 
    svc->NotifyStateChange("stopped"); 
    return true; 
  } 
 
  //到此,我們可以得知一個(gè)服務(wù)進(jìn)程在init.rc中只要沒有聲明SVC_ONESHOT和SVC_RESET標(biāo)志,當(dāng)該進(jìn)程死亡時(shí),就會(huì)被重啟; 
  //但是,如果一個(gè)服務(wù)進(jìn)程帶有SVC_CRITICAL標(biāo)志,且沒有SVC_RESTART標(biāo)志,當(dāng)它c(diǎn)rash、重啟的次數(shù)超過4此時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重啟并進(jìn)入recovery模式 
  time_t now = gettime(); 
  if ((svc->flags & SVC_CRITICAL) && !(svc->flags & SVC_RESTART)) { 
    if (svc->time_crashed + CRITICAL_CRASH_WINDOW >= now) { 
      if (++svc->nr_crashed > CRITICAL_CRASH_THRESHOLD) { 
        ERROR("critical process '%s' exited %d times in %d minutes; " 
           "rebooting into recovery mode\n", svc->name, 
           CRITICAL_CRASH_THRESHOLD, CRITICAL_CRASH_WINDOW / 60); 
        android_reboot(ANDROID_RB_RESTART2, 0, "recovery"); 
        return true; 
      } 
    } else { 
      svc->time_crashed = now; 
      svc->nr_crashed = 1; 
    } 
  } 
 
  svc->flags &= (~SVC_RESTART); 
  svc->flags |= SVC_RESTARTING;//為服務(wù)加上重啟標(biāo)志,表明它需要重啟;后續(xù)工作要以此判斷 
 
  // Execute all onrestart commands for this service. 
  struct listnode* node; 
  list_for_each(node, &svc->onrestart.commands) {//如果服務(wù)有onrestart選項(xiàng),則遍歷進(jìn)程重啟時(shí)需要執(zhí)行的命令列表,并執(zhí)行 
    command* cmd = node_to_item(node, struct command, clist); 
    cmd->func(cmd->nargs, cmd->args); 
  } 
  svc->NotifyStateChange("restarting"); 
  return true; 
} 

該函數(shù)中的處理主要這幾個(gè)要點(diǎn):

  1. 調(diào)用waitpid()等待子進(jìn)程結(jié)束,waitpid()的返回值就是子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)。如果沒有子進(jìn)程退出,由于設(shè)置了WONHANG標(biāo)志,waitpid()就會(huì)立即返回而不會(huì)掛起。嵌套的TEMP_FAILURE_RETRY()含義與之前介紹的類似,當(dāng)waitpid()返回錯(cuò)誤且錯(cuò)誤碼是EINTR,將重復(fù)調(diào)用waitpid()。
  2. 根據(jù)pid,從service_list列表中找到對(duì)應(yīng)進(jìn)程對(duì)應(yīng)的service信息。如果該服務(wù)進(jìn)程的定義在init.rc中沒有設(shè)定SVC_ONESHOT標(biāo)志,或者設(shè)置了SVC_RESTART標(biāo)志,則先殺掉當(dāng)前的進(jìn)程,再重新創(chuàng)建新的進(jìn)程;以避免后面重新創(chuàng)建進(jìn)程時(shí),因當(dāng)前服務(wù)進(jìn)程已經(jīng)存在而發(fā)生錯(cuò)誤。
  3. 如果為當(dāng)前服務(wù)創(chuàng)建了socket,則清除這個(gè)socket。
  4. 如果該服務(wù)進(jìn)程帶有SVC_ONESHOT標(biāo)志,且沒有SVC_RESTART標(biāo)志,則表明該服務(wù)無需重啟。
  5. 如果服務(wù)帶有SVC_RESET標(biāo)志,表示服務(wù)無需重啟。
  6. 如果一個(gè)服務(wù)進(jìn)程帶有SVC_CRITICAL標(biāo)志,且沒有SVC_RESTART標(biāo)志,當(dāng)它c(diǎn)rash、重啟的次數(shù)超過4此時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重啟并進(jìn)入recovery模式。
  7. 如果服務(wù)判斷為需要重啟,則為該服務(wù)加上重啟標(biāo)志SVC_RESTARTING,表明它需要重新啟動(dòng);后續(xù)工作要以此判斷。//重要
  8. 最后,如果服務(wù)有onrestart選項(xiàng),則遍歷服務(wù)重啟時(shí)需要執(zhí)行的命令列表,并執(zhí)行這些命令

如果這個(gè)子進(jìn)程所代表的服務(wù)需要重啟,則會(huì)為該服務(wù)加上SVC_RESTARTING標(biāo)志。

在之前介紹Init進(jìn)程初始化流程時(shí),我們分析過,當(dāng)Init進(jìn)程處理完,它就會(huì)進(jìn)入一個(gè)循環(huán)化身為守護(hù)進(jìn)程,處理signal、property和keychord等服務(wù):

while (true) { 
   if (!waiting_for_exec) { 
     execute_one_command();//執(zhí)行命令列表中的命令 
     restart_processes();//啟動(dòng)服務(wù)列表中的進(jìn)程 
   } 
 
   int timeout = -1; 
   if (process_needs_restart) { 
     timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000; 
     if (timeout < 0) 
       timeout = 0; 
   } 
 
   if (!action_queue_empty() || cur_action) { 
     timeout = 0; 
   } 
 
   bootchart_sample(&timeout);//bootchart是一個(gè)用可視化方式對(duì)啟動(dòng)過程進(jìn)行性能分析的工具;需要定時(shí)喚醒進(jìn)程 
 
   epoll_event ev; 
   int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout));//開始輪詢,epoll_wait()等待事件產(chǎn)生 
   if (nr == -1) { 
     ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno)); 
   } else if (nr == 1) { 
     ((void (*)()) ev.data.ptr)();//調(diào)用epoll_event事件存儲(chǔ)的函數(shù)指針處理事件 
   } 
 } 

其中,它會(huì)循環(huán)調(diào)用restart_processes()去重啟在service_list列表中帶有所有帶有SVC_RESTARTING標(biāo)志(該標(biāo)志是在wait_for_one_process()處理中設(shè)置的)的服務(wù):

static void restart_processes() 
{ 
  process_needs_restart = 0; 
  service_for_each_flags(SVC_RESTARTING, 
              restart_service_if_needed); 
} 
 
void service_for_each_flags(unsigned matchflags, 
              void (*func)(struct service *svc)) 
{ 
  struct listnode *node; 
  struct service *svc; 
  list_for_each(node, &service_list) { 
    svc = node_to_item(node, struct service, slist); 
    if (svc->flags & matchflags) { 
      func(svc); 
    } 
  } 
} 

static void restart_service_if_needed(struct service *svc) 
{ 
  time_t next_start_time = svc->time_started + 5; 
 
  if (next_start_time <= gettime()) { 
    svc->flags &= (~SVC_RESTARTING); 
    service_start(svc, NULL); 
    return; 
  } 
 
  if ((next_start_time < process_needs_restart) || 
    (process_needs_restart == 0)) { 
    process_needs_restart = next_start_time; 
  } 
} 

最終會(huì)調(diào)用service_start()函數(shù)去重新啟動(dòng)一個(gè)退出的服務(wù)。service_start()的處理過程在介紹Init進(jìn)程處理流程時(shí)已經(jīng)分析,這里就不再贅述。

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