Openwrt的系统启动、初始化过程

作者:李佶澳  更新时间:2017/09/11 16:17:55

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这里使用的版本是: openwrt-15.05-x86-generic-combined-ext4.img.gz,运行在虚拟机中。

系统概况

查看系统版本:

uname -a
Linux OpenWrt 3.18.20 #1 Fri Sep 4 20:23:40 CEST 2015 i686 GNU/Linux

磁盘sda分区有两个分区,openwrt中没有fdisk命令,可以用mount直接挂载:

mkdir -p /mnt/sda1  /mnt/sda2
mount /mnt/sda1 /dev/sda1
mount /mnt/sda2 /dev/sda2

/dev/sda1 启动分区

$ls -R sda1/
sda1/:
boot        lost+found

sda1/boot:
grub     vmlinuz

sda1/boot/grub:
grub.cfg

sda1/lost+found:

可以看到openwrt是使用grub引导启动的。

grub配置文件grub.cfg:

serial --unit=0 --speed=38400 --word=8 --parity=no --stop=1
terminal_input console serial; terminal_output console serial

set default="0"
set timeout="5"
set root='(hd0,msdos1)'

menuentry "OpenWrt" {
		linux /boot/vmlinuz root=/dev/sda2 rootfstype=ext4 rootwait console=tty0 console=ttyS0,38400n8 noinitrd
}
menuentry "OpenWrt (failsafe)" {
		linux /boot/vmlinuz failsafe=true root=/dev/sda2 rootfstype=ext4 rootwait console=tty0 console=ttyS0,38400n8 noinitrd
}

从grub.cfg中看到,根文件系统是/dev/sda2。

/dev/sda2 根文件系统

bin
dev
etc
lib
lost+found 
mnt
overlay
proc
rom
root
sbin
sys
tmp
usr
var
www

系统进程

 PID USER       VSZ STAT COMMAND
  1 root       876 S    /sbin/procd        //注意1号进程是procd!
  2 root         0 SW   [kthreadd]
  3 root         0 SW   [ksoftirqd/0]
  5 root         0 SW<  [kworker/0:0H]
  6 root         0 SW   [kworker/u2:0]
  7 root         0 SW<  [khelper]
  8 root         0 SW   [kworker/u2:1]
  155 root         0 SW<  [writeback]
  157 root         0 SW<  [bioset]
  159 root         0 SW<  [kblockd]
  321 root         0 SW<  [ata_sff]
  328 root         0 SW   [khubd]
  339 root         0 SW   [kworker/0:1]
  446 root         0 SW   [kswapd0]
  508 root         0 SW   [fsnotify_mark]
  584 root         0 SW   [scsi_eh_0]
  587 root         0 SW   [scsi_eh_1]
  622 root         0 SW<  [kpsmoused]
  624 root         0 SW   [kworker/0:2]
  638 root         0 SW<  [deferwq]
  655 root         0 SW<  [ext4-dio-unwrit]
  831 root       668 S    /sbin/ubusd
  832 root       612 S    /sbin/askfirst ttyS0 /bin/ash --login
  833 root      1136 S    /bin/ash --login
 1096 root       844 S    /sbin/logd -S 16
 1126 root       980 S    /sbin/netifd
 1140 root       832 S    /usr/sbin/odhcpd
 1175 root       872 S    /usr/sbin/dropbear -F -P /var/run/dropbear.1.pid -p 22 -K 300
 1230 root      1132 S    /usr/sbin/ntpd -n -p 0.openwrt.pool.ntp.org -p 1.openwrt.pool.ntp.org -p 2.openwrt.pool.ntp.org -p 3.openwrt.pool.ntp.org
 1283 nobody     784 S    /usr/sbin/dnsmasq -C /var/etc/dnsmasq.conf -k
 1410 root       960 S    /usr/sbin/uhttpd -f -h /www -r OpenWrt -x /cgi-bin -u /ubus -t 60 -T 30 -k 20 -A 1 -n 3 -N 100 -R -p 0.0.0.0:80
 1429 root      1124 S    less
 1431 root       936 S    /usr/sbin/dropbear -F -P /var/run/dropbear.1.pid -p 22 -K 300
 1432 root      1136 S    -ash
 1439 root      1128 R    ps

系统配置

OpenWRT的系统配置使用的是System V风格. 配置默认存放在/etc/config目录下.

dhcp     dropbear  firewall  luci      network   rpcd      system    ucitrack  uhttpd

通过/etc/init.d目录下的脚本启动服务:

$ls /etc/init.d/
boot        done        led         odhcpd      sysfixtime  telnet      umount
cron        dropbear    log         rpcd        sysntpd     tor
dnsmasq     firewall    network     sysctl      system      uhttpd

启动过程

openwrt的linux内核启动时会按照下面的顺序寻找初始化程序。

rdinit=
init=
/sbin/init
/etc/init
/bin/init
/bin/sh

openwrt中启动的第一个程序是/sbin/init,在/sbin/init中又启动了procd。procd成为1号进程。

系统启动

需要特别注意,Openwrt当前的初始化过程使用的不是初始化脚本, 而是在名为procd的Pacakage中实现了自己的init程序(/sbin/init)

Pacakage路径: openwrt_trunk/openwrt/package/system/procd/
源码地址:     git://nbd.name/luci2/procd.git

在init程序中完成了一系列的初始化工作, init程序读取的文件依然按照System V风格进行组织, 所以虽然调度者不同,但初始化服务的设置方式依然是System V风格的

procd的具体工内容在后面分析.

系统脚本

和其他的Linux发行版一样, Openwrt中存在大量的脚本文件, 这些脚本文件将不同程序黏合起来。

Openwrt的脚本分散在一下几个位置:

/lib/config/uci.sh
/lib/functions/*.sh
/lib/functions.sh
/etc/

系统工具

Openwrt中存在一些自有的工具.

procd

procd在OpenWRT中占据核心位置,统一管理了整个系统, 生成的文件有init、procd等核心程序.

Pacakage路径: openwrt_trunk/openwrt/package/system/procd/
源码地址:     git://nbd.name/luci2/procd.git
http://wiki.openwrt.org/doc/techref/procd

分析的版本:

Author: Felix Fietkau <[email protected]>  2014-03-20 23:05:47
Committer: Felix Fietkau <[email protected]>  2014-03-20 23:05:49
Parent: 7a9cbcd88b6cf3c0cbee6d4f76c2adaedc54058d (rcS: fix a format string bug)

生成的程序:

//查看源码中的CMakeLists.txt, procd包生成了一下几个程序:
//CMakeLists.txt是OpenWRT的工程文件,对Makefile的封装.

/sbin/procd
/sbin/init
/sbin/udevtrigger
/sbin/askfirst

procd源码文件:

procd.c
signal.c
watchdog.c
state.c
inittab.c
rcS.c
ubus.c
system.c
service/service.c
service/instance.c
service/validate.c
service/trigger.c
plug/coldplug.c
plug/hotplug.c
utils/utils.c

procd作用:

procd原理:

init源码文件:

initd/init.c
initd/early.c
initd/preinit.c
initd/mkdev.c
watchdog.c

init作用:

第一步: initd/early.c
挂载必需的文件系统,例如proc、sysfs等. 
创建必需的设备文件,例如/dev/null
设置必需的环境变量,例如PATH
打开控制台 concole
第二步: init.c
读取/proc/cmdline, 根据init_debug=XX, 设置调试级别
第三步: watchdog.c
设置看门狗
第四步:
子进程1执行: /sbin/kmodloader /etc/modules-boot.d
子进程2执行: /sbin/procd -h /etc/hotplug-preinit.json
子进程3执行: /bin/sh  /etc/preinit

uci – 配置文件管理

/sbin/uci用于读取、增加、修改配置文件中的内容

[email protected]:/# uci  
Usage: uci [<options>] <command> [<arguments>]

Commands:
		batch
		export     [<config>]
		import     [<config>]
		changes    [<config>]
		commit     [<config>]
		add        <config> <section-type>
		add_list   <config>.<section>.<option>=<string>
		del_list   <config>.<section>.<option>=<string>
		show       [<config>[.<section>[.<option>]]]
		get        <config>.<section>[.<option>]
		set        <config>.<section>[.<option>]=<value>
		delete     <config>[.<section>[[.<option>][=<id>]]]
		rename     <config>.<section>[.<option>]=<name>
		revert     <config>[.<section>[.<option>]]
		reorder    <config>.<section>=<position>

Options:
		-c <path>  set the search path for config files (default: /etc/config)
		-d <str>   set the delimiter for list values in uci show
		-f <file>  use <file> as input instead of stdin
		-m         when importing, merge data into an existing package
		-n         name unnamed sections on export (default)
		-N         don't name unnamed sections
		-p <path>  add a search path for config change files
		-P <path>  add a search path for config change files and use as default
		-q         quiet mode (don't print error messages)
		-s         force strict mode (stop on parser errors, default)
		-S         disable strict mode
		-X         do not use extended syntax on 'show'

示例:

/lib/config/uci.sh封装了对uci的调用。

opkg

opkg是OpenWRT的软件包管理工具.软件包后缀是.ipk, 是使用gzip压缩的程序包.

//使用file命令得到的文件信息
luci_svn-r10180-1_x86.ipk: gzip compressed data, from Unix, last modified: Wed Apr 30 03:54:56 2014

将后缀名修改为ipk.tar.gz后, 可以使用tar -xvf解开:

mv luci_svn-r10180-1_x86.ipk luci_svn-r10180-1_x86.ipk.tar.gz
tar -xvf luci_svn-r10180-1_x86.ipk.tar.gz 

ipk内部文件组织格式如下:

./debian-binary     //版本信息
./data.tar.gz       //二进制程序
./control.tar.gz    //描述信息,以及依赖的其他程序

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