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dracoding / process1

forked from openEuler / sysmaster 
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README
MulanPSL-2.0

Process 1 设计思考

背景说明

在所有 Unix 系统中都有一个进程号为 1 的进程。这是操作系统内核完成启动后,执行的第一个用户态应用程序,所以进程号在数值上仅次于 idle 这个特殊进程。

从功能定位上看,init 所负责的最基本功能有两类:

  1. 启停系统服务: 比如 init 负责在启动阶段拉起用户空间的各个守护进程,这个过程需要依赖文件系统挂载、设备发现、网络配置等活动。相应的,在系统关闭或者重启过程中,init 同样要负责关闭网络接口,数据落盘,资源清理,卸载文件系统等等。系统关闭过程的不完善,会影响下一次能否成功启动。
  2. 回收孤儿进程: 在 Unix 系统上,如果父进程比子进程更早退出,子进程成为孤儿的情况下,init 有回收孤儿进程运行状态的责任。

从用户的角度看,回收孤儿进程是个基本功能,这点如果没做到,系统会出现大量僵尸进程,影响系统稳定性。但更重要的还是对系统服务启停的管理。一个优秀的init进程,应该具备快速、可靠的特性。为达成快速的目的,有几个关键的手段:

  • 按需启动:启动时,只启动必须的服务,将其他事务延后到合适的时机(真正需要它的时候),比如更新、上报等服务等到系统空闲的时候再处理。
  • 更多的并行:保持足够高的并发度,最大化的利用CPU、内存、带宽资源,使系统快速行进至登陆界面,而不是白白浪费时间。
  • 保证每个启动脚本的高性能:避免不必要的fork和脚本。

主流init实现方式对比

很多人一直努力地从某些方面改进传统的 init 守护进程,使它变得更完善。有简洁可靠但低效的sysvinit,有高效但略显复杂的systemd。

todo 增加对 Android init 的分析对比

Init软件 说明 启动管理 进程回收 服务管理 并行启动 设备管理 资源控制 日志管理
sysvinit 早期版本使用的初始化进程工具, 逐渐淡出舞台。
upstart debian, Ubuntu等系统使用的initdaemon
systemd 提高系统的启动速度,相比传统的System V是一大革新,已被大多数Linux发行版所使用。

systemd 的问题分析

systemd 目前已成为大多数发行版的标准配置。 systemd是为了解决启动时间长,启动脚本复杂问题而诞生的。它的设计目标是,为系统的启动和管理提供一整套完整的解决方案。

从 openEuler 集成 systemd 的实践结果看,我们认为 systemd 虽然对用户使用感受比较友好,但对开发者来说,存在很多待改进的问题:

  1. 版本迭代快,每月近千提交,不提供成熟稳定的社区版本;

  2. C语言编写,代码质量不高,提交中常有低级编程错误,bug多;

  3. 社区的维护策略是强制大家使用最新的不稳定版本,maintainer 经常用 version too old 来应付求助和讨论; 以上三点使得 systemd 的维护成本非常高;

  4. 系统韧性不强。模块耦合严重,问题容易在模块间扩散,sd-event、sd-bus、unit等机制缠绕在一起,一旦出问题,就导致系统不可用或崩溃;

  5. 集成100+的特性,并且与其它软件包功能有重合,在复杂场景中使用时,集成测试难度非常高;

  6. 调试检测手段匮乏,经常满屏幕打印assert,反而容易造成关键信息被淹没;

  7. 边界不清晰,部分功能和其他软件包重合,一旦出现问题,需要很多不同背景的人共同分析定位。对一些系统能力管的宽但管的不彻底,比如cgroup就是一个例证,配置项竟然另起一套; 以上四点使得 systemd 在新增特性新增场景时格外容易出错,而一旦出错就影响系统整体的可靠性;

  8. 向下兼容的工作量大,对于刚从传统 sysvinit 转过来的服务,有些行为显得莫名其妙;

  9. 新人培养的门槛高,机制复杂,远不如 sysv init 那么简单直观; 以上两点使得我们的 legacy 业务向新系统的迁移变得没有必要的复杂。

总的来说,我们认为 systemd 的架构和社区运作定位,使得它不适应 云场景中业务快速开发迭代的诉求。云原生场景下,需要一个能够在 业务快速开发迭代中不使绊子、不拖后腿的 init 系统。

设计的目标和约束

设计目标

  • 皮实耐操: 一个未充分测试的新特性,只会影响到他自身的稳定性,不会影响系统整体的稳定性。
  • 管理便捷:可以方便的安装/部署/升级/运维
  • 足够轻量:占用更少的资源,systemd 大约需要 100M 以上的安装空间。我们新的设计实现能够控制在 个位数。
  • 使用方便:更灵活简洁的架构,易于理解、便于运维
  • 极致安全:保持对进程的跟踪,提供最小的运行环境

设计思路

简洁但不简单,打造轻量级底座(功能裁剪/自研替代)

趋势

  • 各大OS发行商均发布轻量级OS
  • 1号进程越来越厚重,打造"用户态kernel"
  • 传统OS越来越不适应云边端

思路

•提供process1底座, 框架+组件的形式,将纷繁的关系简化,封装在模块内部, 方便选配、管理、升级

•为init进程减负,只提供框架,做最少的事,减轻故障时影响

集成或自研必要的库和工具,保证OS足够轻量,只提供必要的基础的功能、工具,其他容器化、虚拟机化

提供统一、轻量的底座,kernel+process1, 即最小OS

组件化定制/版本控制,适应云、边、端等场景

思路

•提供统一的框架,力争屏蔽底层差异

组件化,可根据硬件自由选配

•组件版本控制,轻松应对安装/部署/升级

更加可靠,保活+自恢复

现状

•1号进程承担的功能太多,触发问题概率高

•代码质量不高,安全性差

思路

•解放1号进程,只做必要的事情,启动+进程回收+关键模块保活,永远在线

•1号进程故障自恢复,组件保活

•使用RUST,安全、并发、高效、实用

•故障监测/上报

分层视图

架构图

代码目录结构说明

源码仓库以workspaces方式管理,每一个目录是一个package,每个package包含一个crate(lib或bin形式), 公共lib crate的目录带lib前缀,daemon类型的bin crate的目录以d结尾。

如:

  • lib crate: libevent, libutils
  • bin crate: init, process1
  • daemon crate: udevd, logind
木兰宽松许可证, 第2版 木兰宽松许可证, 第2版 2020年1月 http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 您对“软件”的复制、使用、修改及分发受木兰宽松许可证,第2版(“本许可证”)的如下条款的约束: 0. 定义 “软件”是指由“贡献”构成的许可在“本许可证”下的程序和相关文档的集合。 “贡献”是指由任一“贡献者”许可在“本许可证”下的受版权法保护的作品。 “贡献者”是指将受版权法保护的作品许可在“本许可证”下的自然人或“法人实体”。 “法人实体”是指提交贡献的机构及其“关联实体”。 “关联实体”是指,对“本许可证”下的行为方而言,控制、受控制或与其共同受控制的机构,此处的控制是指有受控方或共同受控方至少50%直接或间接的投票权、资金或其他有价证券。 1. 授予版权许可 每个“贡献者”根据“本许可证”授予您永久性的、全球性的、免费的、非独占的、不可撤销的版权许可,您可以复制、使用、修改、分发其“贡献”,不论修改与否。 2. 授予专利许可 每个“贡献者”根据“本许可证”授予您永久性的、全球性的、免费的、非独占的、不可撤销的(根据本条规定撤销除外)专利许可,供您制造、委托制造、使用、许诺销售、销售、进口其“贡献”或以其他方式转移其“贡献”。前述专利许可仅限于“贡献者”现在或将来拥有或控制的其“贡献”本身或其“贡献”与许可“贡献”时的“软件”结合而将必然会侵犯的专利权利要求,不包括对“贡献”的修改或包含“贡献”的其他结合。如果您或您的“关联实体”直接或间接地,就“软件”或其中的“贡献”对任何人发起专利侵权诉讼(包括反诉或交叉诉讼)或其他专利维权行动,指控其侵犯专利权,则“本许可证”授予您对“软件”的专利许可自您提起诉讼或发起维权行动之日终止。 3. 无商标许可 “本许可证”不提供对“贡献者”的商品名称、商标、服务标志或产品名称的商标许可,但您为满足第4条规定的声明义务而必须使用除外。 4. 分发限制 您可以在任何媒介中将“软件”以源程序形式或可执行形式重新分发,不论修改与否,但您必须向接收者提供“本许可证”的副本,并保留“软件”中的版权、商标、专利及免责声明。 5. 免责声明与责任限制 “软件”及其中的“贡献”在提供时不带任何明示或默示的担保。在任何情况下,“贡献者”或版权所有者不对任何人因使用“软件”或其中的“贡献”而引发的任何直接或间接损失承担责任,不论因何种原因导致或者基于何种法律理论,即使其曾被建议有此种损失的可能性。 6. 语言 “本许可证”以中英文双语表述,中英文版本具有同等法律效力。如果中英文版本存在任何冲突不一致,以中文版为准。 条款结束 如何将木兰宽松许可证,第2版,应用到您的软件 如果您希望将木兰宽松许可证,第2版,应用到您的新软件,为了方便接收者查阅,建议您完成如下三步: 1, 请您补充如下声明中的空白,包括软件名、软件的首次发表年份以及您作为版权人的名字; 2, 请您在软件包的一级目录下创建以“LICENSE”为名的文件,将整个许可证文本放入该文件中; 3, 请将如下声明文本放入每个源文件的头部注释中。 Copyright (c) [Year] [name of copyright holder] [Software Name] is licensed under Mulan PSL v2. You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2. You may obtain a copy of Mulan PSL v2 at: http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 THIS SOFTWARE IS PROVIDED ON AN "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND, EITHER EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO NON-INFRINGEMENT, MERCHANTABILITY OR FIT FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the Mulan PSL v2 for more details. Mulan Permissive Software License,Version 2 Mulan Permissive Software License,Version 2 (Mulan PSL v2) January 2020 http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 Your reproduction, use, modification and distribution of the Software shall be subject to Mulan PSL v2 (this License) with the following terms and conditions: 0. Definition Software means the program and related documents which are licensed under this License and comprise all Contribution(s). Contribution means the copyrightable work licensed by a particular Contributor under this License. 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Grant of Patent License Subject to the terms and conditions of this License, each Contributor hereby grants to you a perpetual, worldwide, royalty-free, non-exclusive, irrevocable (except for revocation under this Section) patent license to make, have made, use, offer for sale, sell, import or otherwise transfer its Contribution, where such patent license is only limited to the patent claims owned or controlled by such Contributor now or in future which will be necessarily infringed by its Contribution alone, or by combination of the Contribution with the Software to which the Contribution was contributed. The patent license shall not apply to any modification of the Contribution, and any other combination which includes the Contribution. 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Disclaimer of Warranty and Limitation of Liability THE SOFTWARE AND CONTRIBUTION IN IT ARE PROVIDED WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND, EITHER EXPRESS OR IMPLIED. IN NO EVENT SHALL ANY CONTRIBUTOR OR COPYRIGHT HOLDER BE LIABLE TO YOU FOR ANY DAMAGES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO ANY DIRECT, OR INDIRECT, SPECIAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES ARISING FROM YOUR USE OR INABILITY TO USE THE SOFTWARE OR THE CONTRIBUTION IN IT, NO MATTER HOW IT’S CAUSED OR BASED ON WHICH LEGAL THEORY, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES. 6. Language THIS LICENSE IS WRITTEN IN BOTH CHINESE AND ENGLISH, AND THE CHINESE VERSION AND ENGLISH VERSION SHALL HAVE THE SAME LEGAL EFFECT. IN THE CASE OF DIVERGENCE BETWEEN THE CHINESE AND ENGLISH VERSIONS, THE CHINESE VERSION SHALL PREVAIL. END OF THE TERMS AND CONDITIONS How to Apply the Mulan Permissive Software License,Version 2 (Mulan PSL v2) to Your Software To apply the Mulan PSL v2 to your work, for easy identification by recipients, you are suggested to complete following three steps: i Fill in the blanks in following statement, including insert your software name, the year of the first publication of your software, and your name identified as the copyright owner; ii Create a file named “LICENSE” which contains the whole context of this License in the first directory of your software package; iii Attach the statement to the appropriate annotated syntax at the beginning of each source file. Copyright (c) [Year] [name of copyright holder] [Software Name] is licensed under Mulan PSL v2. You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2. You may obtain a copy of Mulan PSL v2 at: http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 THIS SOFTWARE IS PROVIDED ON AN "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND, EITHER EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO NON-INFRINGEMENT, MERCHANTABILITY OR FIT FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the Mulan PSL v2 for more details.

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