Android守护进程——Vold (Volume Daemon)

简介

介绍：Vold 是用来管理 android 系统的存储设备，如U盘、SD卡、磁盘等移动设备的热插拔、挂载、卸载、格式化

框架结构：Vold 在系统中以守护进程存在，是一个单独的进程。处于Kernel和Framework之间，是两个层级连接的桥梁。下图是Vold在Android系统的整体架构

组成

重要模块

• NetLinkManager（简称NM） ：内部建立了 socket 连接，主要作用是接收来自 Kernel 的 Uevent 消息。例如SD卡的插拔等动作都会引起 Kernel 向 NM 发送 Uevent 消息

￮ NetlinkHandler：负责解析内核的 Uevent ，它本质上是一个SocketListener类，它们的继承关系，即：NetlinkHandler、NetlinkListener和SocketListener继承关系如下：

• VolumeManager模块（简称VM） ：Android13 中是VM处理完从NM接收到的NetlinkEvent后，通过binder将消息传递给StorageManagerService 进行下一步处理，然后 VM 根据 StorageManagerService 返回的消息管理卷

￮ VoldNativeService模块 ：主要是与 StorageManagerService 进行通信，继承 BinderService 类，启动过程中主要注册了接口，使其他服务可以通过IVold可以找到，然后启动线程

• StorageManager 模块：Framework 层的API，用于APP和其它系统组件访问存储相关的功能。它是 StorageManagerService 的客户端，通过 Binder 调用 StorageManagerService 提供的 API

Vold 启动流程

与其说是Vold启动流程，更不如说是Android存储的初始化工作，Vold的主要功能，就是存储区的管理。Android 的初始化工作可以大致分为三个阶段：

• 清理环境，因为Android是支持多用户的，启动时的可能是另一个用户，所以需要把之前的用户数据清理干净
• 启动存储服务，如Vold、StorageManager等等
• 挂载emulated存储（用于模拟SD卡，历史原因，下面章节会着重介绍）

第一个用户态进程init

• init.rc 启动 Vold 进程

//init.rc  片段
service vold /system/bin/vold \
--blkid_context =u:r:blkid:s0 --blkid_untrusted_context=u:r:blkid_untrusted:s0 \
--fsck_context =u:r:fsck:s0 --fsck_untrusted_context=u:r:fsck_untrusted:s0
class core
ioprio be 2
task_profiles ProcessCapacityHigh
shutdown critical
group root reserved_disk
reboot_on_failure reboot,vold-failed

// adb shell -> ps -A | grep vold
130|shenoo:/mnt/media_rw # ps -A | grep vold // vold 的父进程PID=1（init）
root           471     1 11001604  9596 binder_wait_for_work 0 S vold

Vold 启动

动VolumeManager：

1. VM 会先卸载掉对应文件夹中的所有东西，使之处于一个干净的状态；
2. 通过VolumeBase基类智能指针new了一个EmulatedVolume对象，同时构造出内置存储目录（/data/media）；
3. 在create函数中，执行了doCreate，doCreate是虚函数，在EmulatedVolume中并没有实现，所以最终还是调用了基类函数，也就直接返回了。之后的listener则是StorageManager服务，但是由于Vold启动较早，SystemServer还没有启动StorageManager，所以这里getListener()得到的是空，后面StorageManager启动完成后会重新触发。
4. 设置了当前存储设备的状态为unmounted。
5. 最后Vold会创建一个虚拟磁盘

• 启动VoldNativeService：VoldNativeService依赖的是aidl接口逻辑，连接着StorageManager和vold。它继承自BinderService，启动过程中主要注册了接口，使其他服务可以通过 IVold 可以找到，然后启动线程。

• 启动NetlinkManager：启动过程中内部建立了一个socket连接，用于接收所有的uevent事件，最后会new一个NetlinkHandler对象，并执行start函数。然后调用NetlinkListener父类的startListener函数去监听event。

• 总之，Vold启动完成后，后续Vold会监听kernel的uevent事件，然后处理转发通过Callback通知到StorageManager，而Framework的服务以及App则可以通过StorageManager去使用Vold处理Command

int main(int argc, char** argv) {
    ... //忽略部分代码
    ATRACE_BEGIN("main");
    VolumeManager* vm;
    NetlinkManager* nm;
    parse_args(argc, argv); //解析传递的参数
    ...
    mkdir("/dev/block/vold", 0755);
    ...    
    //创建 VolumeManager 实例
    if (!(vm = VolumeManager::Instance())) {
        LOG(ERROR) << "Unable to create VolumeManager";
        exit(1);
    }
    //创建 NetlinkManager 实例
    if (!(nm = NetlinkManager::Instance())) {
        LOG(ERROR) << "Unable to create NetlinkManager";
        exit(1);
    }

    if (android::base::GetBoolProperty("vold.debug", false)) {
        vm->setDebug(true);
    }
    //启动 VolumeManager
    if (vm->start()) {
        PLOG(ERROR) << "Unable to start VolumeManager";
        exit(1);
    }
    ...
    VoldConfigs configs = {};
    if (process_config(vm, &configs)) {
        PLOG(ERROR) << "Error reading configuration... continuing anyways";
    }
    ...
    android::hardware::configureRpcThreadpool(1, false /* callerWillJoin */);
    ...
    //VoldNativeService它是一个binder服务，start方法会把它发布到ServiceManager中
    if (android::vold::VoldNativeService::start() != android::OK) {
        LOG(ERROR) << "Unable to start VoldNativeService";
        exit(1);
    }
    ...
    //启动 NetlinkManager
    if (nm->start()) {
        PLOG(ERROR) << "Unable to start NetlinkManager";
        exit(1);
    }
    ...
    android::IPCThreadState::self()->joinThreadPool();//加入线程池
    LOG(INFO) << "vold shutting down";
    exit(0);
}

启动 storaged 服务

此外，系统还会启动与Vold息息相关的服务，比如它的上游服务------StorageManagerService，大致流程如下：

init.rc  ->  Zygote  ->  SystemServer  ->  StorageManagerService

具体：

• 开机后，安卓启动的第一个用户态进程是init，init进程会fork出zygote进程，zygote又fork出 system server

zygote fork system server

 zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);

• SystemServer 启动函数入口

zygote 启动服务

     /**
     * The main entry point from zygote.
     */
    public static void main(String[] args) {
        new SystemServer().run();
    }
•	SystemServer().run()会启动各种service

通过 run() 启动各种服务

779      private void run() {
            .......
955          // Start services.
956          try {
957              t.traceBegin("StartServices");
958              startBootstrapServices(t);
               .....
962          } catch (Throwable ex) {
963              Slog.e("System", "******************************************");
964              Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
965              throw ex;
966          }
            ........

• 在startBootstrapServices函数里会启动 ActivityManager

StartActivityManager

1073      private void startBootstrapServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
            .......
1144          t.traceBegin("StartActivityManager");
1145          // TODO: Might need to move after migration to WM.
1146          ActivityTaskManagerService atm = mSystemServiceManager.startService(
1147                  ActivityTaskManagerService.Lifecycle.class).getService();
1148          mActivityManagerService = ActivityManagerService.Lifecycle.startService(
1149                  mSystemServiceManager, atm);
1150          mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
1151          mActivityManagerService.setInstaller(installer);
1152          mWindowManagerGlobalLock = atm.getGlobalLock();
1153          t.traceEnd();

启动systemReady()函数

 2829          // We now tell the activity manager it is okay to run third party
2830          // code.  It will call back into us once it has gotten to the state
2831          // where third party code can really run (but before it has actually
2832          // started launching the initial applications), for us to complete our
2833          // initialization.
2834          mActivityManagerService.systemReady(() -> {
2835              Slog.i(TAG, "Making services ready");
2836              t.traceBegin("StartActivityManagerReadyPhase");
2837              mSystemServiceManager.startBootPhase(t, SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);
2838              t.traceEnd();
2839              t.traceBegin("StartObservingNativeCrashes");

systemReady 实现

8264      /**
8265       * Ready. Set. Go!
8266       */
8267      public void systemReady(final Runnable goingCallback, @NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
8268          t.traceBegin("PhaseActivityManagerReady");
8269          mSystemServiceManager.preSystemReady();
8392          // On Automotive / Headless System User Mode, at this point the system user has already been
8393          // started and unlocked, and some of the tasks we do here have already been done. So skip
8394          // those in that case. The duplicate system user start is guarded in SystemServiceManager.
8395          // TODO(b/242195409): this workaround shouldn't be necessary once we move the headless-user
8396          // start logic to UserManager-land.
8397          mSystemServiceManager.onUserStarting(t, currentUserId);

处理 H_BOOT_COMPLETED 消息