Android Init進程對信號的處理流程詳細介紹
Android Init進程對信號的處理流程
在Android中，當一個進程退出（exit()）時，會向它的父進程發(fā)送一個SIGCHLD信號。父進程收到該信號后，會釋放分配給該子進程的系統(tǒng)資源；并且父進程需要調(diào)用wait()或waitpid()等待子進程結(jié)束。如果父進程沒有做這種處理，且父進程初始化時也沒有調(diào)用signal(SIGCHLD, SIG_IGN)來顯示忽略對SIGCHLD的處理，這時子進程將一直保持當前的退出狀態(tài)，不會完全退出。這樣的子進程不能被調(diào)度，所做的只是在進程列表中占據(jù)一個位置，保存了該進程的PID、終止狀態(tài)、CPU使用時間等信息；我們將這種進程稱為“Zombie”進程，即僵尸進程。
在Linux中，設(shè)置僵尸進程的目的是維護子進程的一些信息，以供父進程后續(xù)查詢獲取。特殊的，如果一個父進程終止，那么它的所有僵尸子進程的父進程將被設(shè)置為Init進程（PID為1），并由Init進程負責回收這些僵尸進程（Init進程將wait()/waitpid()它們，并清除它們在進程列表中的信息）。
由于僵尸進程仍會在進程列表中占據(jù)一個位置，而Linux所支持的最大進程數(shù)量是有限的；超過這個界限值后，我們就無法創(chuàng)建進程。所以，我們有必要清理那些僵尸進程，以保證系統(tǒng)的正常運作。
接下來，我們分析下Init進程是如何處理SIGCHLD信號的。
在Init.cpp中，我們是通過signal_handler_init()來初始化SIGCHLD信號處理的：
void signal_handler_init() {
// Create a signalling mechanism for SIGCHLD.
int s[2];
//socketpair()創(chuàng)造一對未命名的、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)置信號處理函數(shù)句柄,當有信號產(chǎn)生時,會向上面創(chuàng)建的socket寫入數(shù)據(jù),epoll監(jiān)控到該socket對中的fd可讀時,就會調(diào)用注冊的函數(shù)去處理該事件
act.sa_flags = SA_NOCLDSTOP;//設(shè)置標志,表示只有當子進程終止時才接受SIGCHID信號
sigaction(SIGCHLD, &act, 0);//初始化SIGCHLD信號處理方式
reap_any_outstanding_children();//處理這之前退出的子進程
register_epoll_handler(signal_read_fd, handle_signal);
}
我們通過sigaction()函數(shù)來初始化信號。在act參數(shù)中，指定了信號處理函數(shù)：SIGCHLD_handler()；如果有信號到來，就會調(diào)用該函數(shù)處理；同時，在參數(shù)act中，我們還設(shè)置了SA_NOCLDSTOP標志，表示只有當子進程終止時才接受SIGCHLD信號。
Linux中，信號是一種軟中斷，所以信號的到來會終止當前進程正在處理的操作。所以，我們在注冊的信號處理函數(shù)中不要調(diào)一些不可重入的函數(shù)。并且，Linux不會對信號做排隊處理，在一個信號的處理期間不管再收到多少個信號，當前信號處理完畢后，內(nèi)核也只會再發(fā)送一個信號給進程；所以這里就存在信號丟失的可能。為了避免丟失信號，我們注冊的信號處理函數(shù)操作應(yīng)該越高效、越快越好。
而我們處理SIGCHLD信號時，父進程會做等待操作，這個時間是比較長的。為了解決這個問題，上面的信號初始化代碼中創(chuàng)建了一對未命名且相關(guān)聯(lián)的本地socket用于線程間通信。注冊的信號處理函數(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; \
})
當有信號到來時，只要向socket中寫入數(shù)據(jù)，這個過程是很快的，此時信號的處理就轉(zhuǎn)移到socket的響應(yīng)中去進行了；這樣就不會影響下一個信號的處理。同時，write()函數(shù)外圍嵌套了一個do...while循環(huán)，循環(huán)條件是write()發(fā)生錯誤且當前的錯誤號為EINTR（EINTR ：此調(diào)用被信號所中斷），即當前write()是由于有中斷到來而發(fā)生錯誤時，操作將再次執(zhí)行；其他情況下，write()函數(shù)只會執(zhí)行一次。再初始化完信號處理后，就會調(diào)用reap_any_outstanding_children() 處理這之前的進程退出情況：
static void reap_any_outstanding_children() {
while (wait_for_one_process()) {
}
}
wait_for_one_process()主要調(diào)用waitpid()等待子進程結(jié)束，當該進程代表的服務(wù)需要重啟時，會對它做一些設(shè)置、清理工作。
最后，通過epoll_ctl()向epoll_fd注冊本地socket，監(jiān)聽其是否可讀；并注冊了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進程退出為例，來看下SIGCHLD信號處理的具體流程。Zygote進程在init.rc中被聲明為Service并由Init進程創(chuàng)建。當Zygote進程退出時，將向Init進程發(fā)送SIGCHLD信號。前面的代碼已經(jīng)完成了信號的初始化操作，所以當信號到來時會調(diào)用SIGCHLD_handler()函數(shù)處理，它的處理就是直接通過socket寫入一個數(shù)據(jù)就立刻返回；這時，SIGCHLD的處理就轉(zhuǎn)移到socket事件的響應(yīng)上。我們通過epoll_ctl注冊了本地socket，并監(jiān)聽它是否可讀；這時由于之前的write()調(diào)用，此時socket有數(shù)據(jù)可讀，此刻會調(diào)用注冊的handle_signal()函數(shù)進行處理：
static void handle_signal() {
// Clear outstanding requests.
char buf[32];
read(signal_read_fd, buf, sizeof(buf));
reap_any_outstanding_children();
}
它會將socket的數(shù)據(jù)的獨到buf中，并調(diào)用reap_any_outstanding_children()函數(shù)處理子進程的退出及服務(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));//等待子進程結(jié)束,并獲取到它的pid進程號,WNOHANG表明若沒有進程結(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)進程沒有設(shè)定SVC_ONESHOT標志,或者設(shè)置了SVC_RESTART標志,則先殺掉當前的進程,在重新創(chuàng)建新的進程;
//以避免后面重啟進程時,因當前服務(wù)進程已經(jīng)存在而發(fā)生錯誤.
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.
//如果之前為這個服務(wù)進程創(chuàng)建過socket,這時我們需要清除掉該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)進程帶有SVC_ONESHOT標志,且沒有SVC_RESTART標志,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標志的判斷優(yōu)先級最高
svc->NotifyStateChange("stopped");
return true;
}
//到此,我們可以得知一個服務(wù)進程在init.rc中只要沒有聲明SVC_ONESHOT和SVC_RESET標志,當該進程死亡時，就會被重啟;
//但是,如果一個服務(wù)進程帶有SVC_CRITICAL標志,且沒有SVC_RESTART標志,當它crash、重啟的次數(shù)超過4此時,系統(tǒng)會自動重啟并進入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,則遍歷進程重啟時需要執(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要點：
- 調(diào)用waitpid()等待子進程結(jié)束，waitpid()的返回值就是子進程的進程號。如果沒有子進程退出，由于設(shè)置了WONHANG標志，waitpid()就會立即返回而不會掛起。嵌套的TEMP_FAILURE_RETRY()含義與之前介紹的類似，當waitpid()返回錯誤且錯誤碼是EINTR，將重復(fù)調(diào)用waitpid()。
- 根據(jù)pid，從service_list列表中找到對應(yīng)進程對應(yīng)的service信息。如果該服務(wù)進程的定義在init.rc中沒有設(shè)定SVC_ONESHOT標志,或者設(shè)置了SVC_RESTART標志,則先殺掉當前的進程,再重新創(chuàng)建新的進程；以避免后面重新創(chuàng)建進程時,因當前服務(wù)進程已經(jīng)存在而發(fā)生錯誤。
- 如果為當前服務(wù)創(chuàng)建了socket，則清除這個socket。
- 如果該服務(wù)進程帶有SVC_ONESHOT標志,且沒有SVC_RESTART標志,則表明該服務(wù)無需重啟。
- 如果服務(wù)帶有SVC_RESET標志,表示服務(wù)無需重啟。
- 如果一個服務(wù)進程帶有SVC_CRITICAL標志,且沒有SVC_RESTART標志,當它crash、重啟的次數(shù)超過4此時,系統(tǒng)會自動重啟并進入recovery模式。
- 如果服務(wù)判斷為需要重啟，則為該服務(wù)加上重啟標志SVC_RESTARTING,表明它需要重新啟動;后續(xù)工作要以此判斷。//重要
- 最后，如果服務(wù)有onrestart選項,則遍歷服務(wù)重啟時需要執(zhí)行的命令列表,并執(zhí)行這些命令
如果這個子進程所代表的服務(wù)需要重啟，則會為該服務(wù)加上SVC_RESTARTING標志。
在之前介紹Init進程初始化流程時，我們分析過，當Init進程處理完，它就會進入一個循環(huán)化身為守護進程，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();//啟動服務(wù)列表中的進程
}
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是一個用可視化方式對啟動過程進行性能分析的工具;需要定時喚醒進程
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事件存儲的函數(shù)指針處理事件
}
}
其中，它會循環(huán)調(diào)用restart_processes()去重啟在service_list列表中帶有所有帶有SVC_RESTARTING標志（該標志是在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;
}
}
最終會調(diào)用service_start()函數(shù)去重新啟動一個退出的服務(wù)。service_start()的處理過程在介紹Init進程處理流程時已經(jīng)分析，這里就不再贅述。
感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對本站的支持！
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