recovery 流程学习总结（一）

Recovery 模式最主要的两个功能是恢复出厂设置和升级系统版本。本Recovery相关的分析内容主要为两部分：FACTORY RESET+OTA INSTALL

Recovery模式的主界面
进入recovery的方式
我公司手机一般正确手动进入recovery模式的方式为：power+volume up+volume down
手机开机后，硬件系统上电，完成一系列的初始化工作：CPU、串口、终端、timer、DDR等硬件设备，然后加载bootloader，为后面内核加载做准备工作。在系统启动初始化完成后系统检测进入哪一种工作模式，这一部分代码的源文件在\bootable\bootloader\lk\app\aboot\aboot.c文件的aboot_init()函数中：
检测用户关机方式，如果是强制关机，则进入normal_boot模式
if (is_user_force_reset())
goto normal_boot;
检测音量上下键的按键状态，判断进入何种模式：
if (keys_get_state(KEY_VOLUMEUP) && keys_get_state(KEY_VOLUMEDOWN))
{
dprintf(ALWAYS,"dload mode key sequence detected\n");
if (set_download_mode(EMERGENCY_DLOAD))
{
dprintf(CRITICAL,"dload mode not supported by target\n");
}
else
{
reboot_device(DLOAD);
dprintf(CRITICAL,"Failed to reboot into dload mode\n");
}
boot_into_fastboot = true;
}
if (!boot_into_fastboot)
{
if (keys_get_state(KEY_HOME) || keys_get_state(KEY_VOLUMEUP))
boot_into_recovery = 1;
if (!boot_into_recovery &&
(keys_get_state(KEY_BACK) || keys_get_state(KEY_VOLUMEDOWN)))
boot_into_fastboot = true;
}
根据以上代码，开机过程中按home键或者音量上键会进入recovery模式，按back键或者音量下键会进入fastboot模式。
如果没有组合键（代码中称为magic key）按下，则会检测SMEM(在后头会介绍SMEM的的来源) 中的reboot_mode 变量值。
reboot_mode = check_reboot_mode();
hard_reboot_mode = check_hard_reboot_mode();
if (reboot_mode == RECOVERY_MODE ||
hard_reboot_mode == RECOVERY_HARD_RESET_MODE) {
boot_into_recovery = 1;
} else if(reboot_mode == FASTBOOT_MODE ||
hard_reboot_mode == FASTBOOT_HARD_RESET_MODE) {
boot_into_fastboot = true;
} else if(reboot_mode == ALARM_BOOT ||
hard_reboot_mode == RTC_HARD_RESET_MODE) {
boot_reason_alarm = true;
}
reboot_mode 可取的值宏定义为：
#define FASTBOOT_MODE           0x77665500
#define RECOVERY_MODE           0x77665502
而check_reboot_mode 函数定义在\bootable\bootloader\lk\target\ msm8916\init.c 中，函数先读取restart_reason_addr 处的数值，定义为0x2A05F65C，没有采取宏定义，属于不规范的表达。读取完该值之后，在该地址写入0x00，即擦除其内容，以防下次启动又进入recovery 模式。
unsigned check_reboot_mode(void)
{
uint32_t restart_reason = 0;
/* Read reboot reason and scrub it */
restart_reason = readl(RESTART_REASON_ADDR);
writel(0x00, RESTART_REASON_ADDR);
return restart_reason;
}
如果reboot_mode 的值没有定义，则读取MISC 分区的BCB 进行判断，调用函数为recovery_init()，其实现在\bootable\bootloader\lk\app\aboot\recovery.c 中，函数先通过调用get_recovery_message()把BCB 读到recovery_message 结构体中，再读取其command 字段。如果字段是“boot-recovery”，则进入recovery 模式；如果是“update-radio”，则进入固件升级流程。

系统启动流程分析图
如果以上条件皆不满足，则进入正常启动序列，系统会加载boot.img文件，然后加载kernel，在内核加载完成之后，会根据内核的传递参数寻找android的第一个用户进程，即init进程，该进程根据init.rc以及init.$(hardware).rc脚本文件来启动android的必要的服务，直到完成android系统的启动。
当进入recovery模式时，系统加载的是recovery.img文件，该文件内容与boot.img类似，也包含了标准的内核和根文件系统。但是recovery.img为了具有恢复系统的能力，比普通的boot.img目录结构中：
1、多了/res/images目录，在这个目录下的图片是恢复时我们看到的背景画面。
2、多了/sbin/recovery二进制程序，这个就是恢复用的程序。
3、/sbin/adbd不一样，recovery模式下的adbd不支持shell。
4、初始化程序（init）和初始化配置文件（init.rc）都不一样。这就是系统没有进入图形界面而进入了类似文本界面，并可以通过简单的组合键进行恢复的原因。
与正常启动系统类似，也是启动内核，然后启动文件系统。在进入文件系统后会执行/init，init的配置文件就是 /init.rc。这个配置文件位于bootable/recovery/etc/init.rc。查看这个文件我们可以看到它做的事情很简单：
1) 设置环境变量。
2) 建立etc连接。
3) 新建目录，备用。
4) 挂载文件系统。
5) 启动recovery（/sbin/recovery）服务。
6) 启动adbd服务(用于调试)。

上文所提到的fastboot模式，即命令或SD卡烧写模式，不加载内核及文件系统，此处可以进行工厂模式的烧写。
综上所述，有三种进入recovery模式的方法，分别是开机时按组合键，写SMEM中的reboot_mode变量值，以及写位于MISC分区的BCB中的command字段。
通过命令进入recovery模式：adb reboot recovery

Recovery主界面内容分析

OTA工作过程
升级所需要的update.zip包来源有两种，一是OTA在线下载（一般下载到/CACHE分区），二是手动拷贝到SD卡中。不论是哪种方式获得update.zip包，在进入Recovery模式前，都未对这个zip包做处理。只是在重启之前将zip包的路径告诉了Recovery服务。
当选择升级后，调用RecoverySystem类的installPackage()方法。这个函数首先根据传过来的包文件，获取这个包文件的绝对路径filename，然后将其拼成arg = “--update_package=” + filename，最终会被写入到BCB中，这个就是重启进入Recovery模式后，Recovery服务要进行的操作。它被传递到函数bootCommand(context,arg)，在这个函数中才是Main System在重启前真正做的准备。
Recovery模式主要的执行过程在bootable/recovery/recovery.cpp中，这里从main（）函数开始分析
Int main（int argc，char **argv）{
…… ……
}
具体执行流程如下：
1、在函数的开始会对argc和argv进行检验：
if (argc == 2 && strcmp(argv[1], "--adbd") == 0) {
        adb_main();//进入adb_main()过程
        return 0;
}
2、 Load and parse volume data from /etc/recovery.fstab.
void load_volume_table();该函数在bootable/recovery/roots.cpp中，主要功能根据“etc/recovery.fstab”加载和解析分区；
3、确保参数传入的分区是被成功mounted，成功时返回0
ensure_path_mounted(LAST_LOG_FILE);// LAST_LOG_FILE =”/cache/recovery/last_log”存放的是最近一次的recovery过程的日志文件；
4、重命名日志， Rename last_log -> last_log.1 -> last_log.2 -> ... -> last_log.$max
rotate_last_logs(KEEP_LOG_COUNT);// KEEP_LOG_COUNT不超过10个
5、获取命令参数，get_args(&argc, &argv);
如果参数未提供，则从BCB(Bootloader Control Block)查找，如果BCB中也没有则尝试在命令文件中查找相应的命令，将最终获得的参数写进BCB中，直到finish_recovery被调用完，再从BCB中清除。
6、根据命令参数给控制变量赋值，具体过程见如下的循环：
    while ((arg = getopt_long(argc, argv, "", OPTIONS, NULL)) != -1) {
        switch (arg) {
        case 's': send_intent = optarg; break;
        case 'u': update_package = optarg; break;
        case 'w': wipe_data = wipe_cache = 1; break;
        case 'c': wipe_cache = 1; break;
        case 't': show_text = 1; break;
        case 'x': just_exit = true; break;
        case 'l': locale = optarg; break;
        case 'g': {
            if (stage == NULL || *stage == '\0') {
                char buffer[20] = "1/";
                strncat(buffer, optarg, sizeof(buffer)-3);
                stage = strdup(buffer);
            }
            break;
        }
        case 'p': shutdown_after = true; break;
        case 'r': reason = optarg; break;
        case '?':
            LOGE("Invalid command argument\n");
            continue;
        }
}
其中的OPTIONS定义如下：
static const struct option OPTIONS[] = {
  { "send_intent", required_argument, NULL, 's' },
  { "update_package", required_argument, NULL, 'u' },
  { "wipe_data", no_argument, NULL, 'w' },
  { "wipe_cache", no_argument, NULL, 'c' },
  { "show_text", no_argument, NULL, 't' },
  { "just_exit", no_argument, NULL, 'x' },
  { "locale", required_argument, NULL, 'l' },
  { "stages", required_argument, NULL, 'g' },
  { "shutdown_after", no_argument, NULL, 'p' },
  { "reason", required_argument, NULL, 'r' },
  { NULL, 0, NULL, 0 },
};
此处这样做的原因我认为是Java中swich case中智能使用单个字符，例如’c’,’x’等，通过转换获得其参数命令后给对应的控制变量赋值。
从以上的参数可以判断locale值，从cache中加载现场
if (locale == NULL) {
        load_locale_from_cache();
//从cache/recovery/last_locale文件中获得
    }
7、初始化UI界面：Recovery 服务使用了一个基于framebuffer 的miniui 系统，ui_init 函数对其进行了简单的初始化。在Recovery 服务的过程中主要用于显示一个背景图片（正在安装或安装失败）和一个进度条（用于显示进度）。另外还启动了两个线程，一个用于处理进度条的显示（progress_thread），另一个用于响应用户的按键（input_thread）。
获得recovery过程使用的device ：Device* device = make_device();
进一步获得Recovery_Ui对象：ui=device->GetUI();并对ui进行初始化和现场设置。
在Init()之后调用SetStage()，显示一个状态指示
设置背景SetBackground(RecoveryUI::NONE);
调用显示内容，ShowText(true),内部调用update_screen_locked(),用来重新绘制更新界面。
到这为止做的准备工作基本完成：参数已经被解析、初始化完成、UI被捕获以及绘制，接着进行的recovery核心部分，调用StartRecovery()。
8、执行recovery操作
    if (update_package != NULL) {
        status = install_package(update_package, &wipe_cache, TEMPORARY_INSTALL_FILE, true);
        if (status == INSTALL_SUCCESS && wipe_cache) {
            if (erase_volume("/cache")) {
                LOGE("Cache wipe (requested by package) failed.");
            }
        }
        if (status != INSTALL_SUCCESS) {
            ui->Print("Installation aborted.\n");
            // If this is an eng or userdebug build, then automatically
            // turn the text display on if the script fails so the error
            // message is visible.
            char buffer[PROPERTY_VALUE_MAX+1];
            property_get("ro.build.fingerprint", buffer, "");
            if (strstr(buffer, ":userdebug/") || strstr(buffer, ":eng/")) {
                ui->ShowText(true);
            }
        }
    } else if (wipe_data) {
        if (device->WipeData()) status = INSTALL_ERROR;
        if (erase_volume("/data")) status = INSTALL_ERROR;
        if (wipe_cache && erase_volume("/cache")) status = INSTALL_ERROR;
        if (status != INSTALL_SUCCESS) ui->Print("Data wipe failed.\n");
    } else if (wipe_cache) {
        if (wipe_cache && erase_volume("/cache")) status = INSTALL_ERROR;
        if (status != INSTALL_SUCCESS) ui->Print("Cache wipe failed.\n");
    } else if (!just_exit) {
        status = INSTALL_NONE;  // No command specified
        ui->SetBackground(RecoveryUI::NO_COMMAND);
    }
判断update_package是否存在，若存在则调用install_package()进行升级包更新，在此过程如果返回INSTALL_SUCCESS且wipe_cache is true，则执行wipe cache partition；
install_package(update_package, &wipe_cache, TEMPORARY_INSTALL_FILE, true)
如果update_package为NULL，wipe_data为true则进行device->WipeData()、erase_volume(“/data”)、erase_volume(“/cache”)操作；
如果wipe_cache为true，则执行erase_volume(“/cache”);
9、根据6过程中中shutdown_after的赋值以及8过程中返回的更新结果返回的状态status更新后续操作：
Device::BuiltinAction after = shutdown_after ? Device::SHUTDOWN : Device::REBOOT;
    if (status != INSTALL_SUCCESS || ui->IsTextVisible()) {
        ui->ShowText(true);
        Device::BuiltinAction temp = prompt_and_wait(device, status);
        if (temp != Device::NO_ACTION) after = temp;
    }
10、执行recovery后续工作：清除recovery相关的命令，准备启动系统，并copy日志文件到cache、记录intent跟main system沟通、删除命令文件、卸载cache分区。
finish_recovery(send_intent);

(1) 将intent（字符串）的内容作为参数传进finish_recovery 中。如果有intent 需要告知Main System，则将其写入/cache/recovery/intent 中。
(2) 将内存文件系统中的Recovery 服务的日志（/tmp/recovery.log）拷贝到cache 分区中的 /cache/recovery/log 文件，以便告知重启后的Main System 发生过什么。
(3) 擦除MISC 分区中的BCB 数据块的内容，以便系统重启后不再进入Recovery 模式，而是进入更新后的主系统。
(4) 删除/cache/recovery/command 文件。这一步也是很重要的，因为重启后bootloader 会自动检索这个文件，如果未删除的话又会进入Recovery 模式。
11、根据在9步设置的after的值对手机的后续操作进行设定
switch (after) {
        case Device::SHUTDOWN:
            ui->Print("Shutting down...\n");
            property_set(ANDROID_RB_PROPERTY, "shutdown,");
            break;
        case Device::REBOOT_BOOTLOADER:
            ui->Print("Rebooting to bootloader...\n");
            property_set(ANDROID_RB_PROPERTY, "reboot,bootloader");
            break;
        default:
            ui->Print("Rebooting...\n");
            property_set(ANDROID_RB_PROPERTY, "reboot,");
            break;
    }
最后手机进行关机或者重启或者reboot bootloader模式
从上层进入recovery服务
在setting-->备份与重置--->恢复出厂设置--->重置手机--->手机关机--->开机--->进行恢复出厂的操作--->开机流程。
恢复出厂设置其实是擦除用户数据分区，同时删除缓存区。在系统设置中选择“恢复出厂设置”选项后， APK 会发出一个广播：“android.intent.action.MASTER_CLEAR”,接收者是MasterClearReceiver 类，在收到广播之后会开启一个新线程：
public void onReceive(final Context context, final Intent intent) {
…… 
// The reboot call is blocking, so we need to do it on another thread.
   Thread thr = new Thread("Reboot") {
       @Override
       public void run() {
          try {
               RecoverySystem.rebootWipeUserData(context, shutdown, reason);
               Log.wtf(TAG, "Still running after master clear?!");
             } catch (IOException e) {
               Slog.e(TAG, "Can't perform master clear/factory reset", e);
            } catch (SecurityException e) {
             Slog.e(TAG, "Can't perform master clear/factory reset", e);
            }
            }
        };
        thr.start();
   }
线程中调用了\frameworks\base\core\java\android\os\RecoverySystem.java类的rebootWipeUserData方法：
    public static void rebootWipeUserData(Context context, boolean shutdown, String reason) throws IOException {
UserManager um = (UserManager) context.getSystemService(Context.USER_SERVICE);
  if (um.hasUserRestriction(UserManager.DISALLOW_FACTORY_RESET)) {
            throw new SecurityException("Wiping data is not allowed for this user.");
        }
   final ConditionVariable condition = new ConditionVariable();

  Intent intent = new Intent("android.intent.action.MASTER_CLEAR_NOTIFICATION");
        intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_FOREGROUND);
        context.sendOrderedBroadcastAsUser(intent, UserHandle.OWNER,
                android.Manifest.permission.MASTER_CLEAR,
                new BroadcastReceiver() {
                    @Override
                    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                        condition.open();
                    }
                }, null, 0, null, null);
        // Block until the ordered broadcast has completed.
        condition.block();
        String shutdownArg = null;
        if (shutdown) {
            shutdownArg = "--shutdown_after";
        }
        String reasonArg = null;
        if (!TextUtils.isEmpty(reason)) {
            reasonArg = "--reason=" + sanitizeArg(reason);
        }
        final String localeArg = "--locale=" + Locale.getDefault().toString();
        bootCommand(context, shutdownArg, "--wipe_data", reasonArg, localeArg);
    }
最终调用bootCommand(context, shutdownArg, "--wipe_data", reasonArg, localeArg);完成擦除数据的操作
bootCommand（）函数分析：
/**重启进入recovery系统同时传入提供的参数*/
private static void bootCommand(Context context, String... args) throws IOException {
   RECOVERY_DIR.mkdirs();  // In case we need it
  COMMAND_FILE.delete();  // In case it's not writable
   LOG_FILE.delete();
  FileWriter command = new FileWriter(COMMAND_FILE);
//将参数逐行写入command文件中
        try {
            for (String arg : args) {
                if (!TextUtils.isEmpty(arg)) {
                    command.write(arg);
                    command.write("\n");
                }
            }
        } finally {
            command.close();
        }
        // 写入cache/recovery/command文件中后,继续执行reboot的后续操作
PowerManager pm = (PowerManager) context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
//这里执行reboot操作进入recovery模式     
pm.reboot(PowerManager.REBOOT_RECOVERY);
      throw new IOException("Reboot failed (no permissions?)");
}
这里进入recovery模式的入口在于： frameworks\base\core\java\android\os\PowerManager.java
public void reboot(String reason) {
        try {
            mService.reboot(false, reason, true);
        } catch (RemoteException e) {
        }
    }
IPowerManager.aidl文件中的方法如下：
void reboot(boolean confirm, String reason, boolean wait);
其中对应的实现位于PowerManagerService.java中的内部类BinderService中：
private final class BinderService extends IPowerManager.Stub {
……
@Override // Binder call
        public void reboot(boolean confirm, String reason, boolean wait) {
            mContext.enforceCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.REBOOT, null);
            if (PowerManager.REBOOT_RECOVERY.equals(reason)) {
                mContext.enforceCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.RECOVERY, null);
            }

            final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
            try {
                shutdownOrRebootInternal(false, confirm, reason, wait);
            } finally {
                Binder.restoreCallingIdentity(ident);
            }
        }
……
}
bootCommand()经过如下调用后最终到调用到本地JNI 接口rebootNative()，就是\frameworks\base\core\jni\android_os_Power.cpp 中的android_os_Power_reboot 函数。
具体的调用流程如下：
 
该函数继续调用\system\core\libcutils\android_reboot.c 中的int android_reboot(int cmd, int flags UNUSED, char *arg)，该函数根据第一个参数的不同走向不同的分支，
switch (cmd) {
        case ANDROID_RB_RESTART:
            ret = reboot(RB_AUTOBOOT);
            break;
        case ANDROID_RB_POWEROFF:
            ret = reboot(RB_POWER_OFF);
            break;
        case ANDROID_RB_RESTART2:
            ret = syscall(__NR_reboot,LINUX_REBOOT_MAGIC1, LINUX_REBOOT_MAGIC2, LINUX_REBOOT_CMD_RESTART2, arg);
            break;
        default:
            ret = -1;
    }
相关宏定义见\kernel\include\linux\reboot.h。在reboot.h中定义的函数实现在kernel/kernel/sys.c中的函数 SYSCALL_DEFINE4()：为了避免误操作而进入 recovery模式，该函数首先检测所谓的魔法参数，之后判断启动命令，如果是 LINUX_REBOOT_CMD_RESTART2，表示用所给的命令字符串重启系统。调用关系如下：
可以看出，虽然经过了层层调用，但始终有一个内容为“recovery”的字符串参数没有被丢弃过，最后传给了arch_reset(mode, cmd)，最终在这里使用：




可以看到，当参数为“recovery”时，会给restart_reason 地址处写入0x77665502。
在代码里有：
45: #define RESTART_REASON_ADDR 0x65C
247: restart_reason = MSM_IMEM_BASE + RESTART_REASON_ADDR;
在\kernel\arch\arm\mach-msm\include\mach\msm_iomap-8x60.h 中有
所以restart_reason 的实际物理地址是0x2A05F000+0x65C =0x2A05F65C，在之前讲到手机启动时， check_reboot_mode 函数会检测SMEM 中的reboot_mode 变量值以判断进入何种工作方式，该函数中读取内存地址0x2A05F65C，这正是arch_reset 函数写入restart_reason 的地址。这样调用pm.reboot(“recovery”) 函数后，最终实现了重启后进入recovery 模式。