busybox 当 PID1:init 不是 fork 出来的

073 把静态 busybox 跑起来了,可它是在测试内核里被一次性 execve 起来的——跑完就退。一个真系统不是这样的:PID 1 永远活着,它是所有孤儿进程的归宿,是 init。这一章的 punchline 是:让 busybox 的 init applet 当 PID 1,按 /etc/inittab respawn /bin/sh,顺带把"PID 1 为什么永远是 1"这件最基础的 Unix 事讲透。

这章有两个反直觉的坑值得专程来一趟。第一个:PID 1 不是 fork 出来的——内核 init 线程在入口处直接从 PID 分配器里领走 1 号,execve 又不换 pid,所以 busybox init 天然继承 PID 1。第二个:rt_sigtimedwait 不能真阻塞——busybox init 的主循环靠它的返回值驱动 respawn,一旦真睡死,/bin/sh 永远不会被 fork 出来,整个系统死锁。

验证口径:punchline 是非 GUI 构建启动后,串口能看到 [INIT] pid=1 → busybox init 跑 /etc/inittab 的 sysinit → respawn 出 /bin/sh → ash 的 ~ # 提示符。机制测试绿 ≠ init 真能跑起来——这一章的验收必须走非 GUI 的生产启动。

这章咱们要点亮什么

1. PID 1 不是 fork 出来的:内核线程天然 pid=0(它压根不碰 PID 分配器),PID 分配器只在 fork() 里发号,boot 期又没人 fork 过,所以第一次 alloc() 必返 1。init 线程在入口领走 1 号,这就是"init 永远是 1"的真正机制——不是什么魔法,是分配器语义。
2. execve 保 pid:换的是程序映像,不换 pid。所以 init 线程领了 PID 1 之后 execve /sbin/init,busybox init 接过这个 1 号身份,名正言顺地 reap 孤儿。
3. rt_sigtimedwait 真阻塞会死锁:busybox init 的主循环用 rt_sigtimedwait 等信号,靠它的返回去检查"该不该 respawn sh、该不该 reap child"。如果让它纯阻塞等信号,而此时还没有任何 child 被 fork 出来(也就没有 SIGCHLD),它就永等 → 不检查 respawn → sh 永远不 fork → 死锁。正解是没信号就返 -EAGAIN,逼 init 转起来。
4. /dev/console 得会读、会回 ioctl:busybox init 一上来 open("/dev/console") + dup 0/1/2 + setsid + TIOCSCTTY;它 fork 出的 ash 要 isatty(发 TCGETS)、要读行。若 /dev/console 的 read 返回错、ioctl 不答,ash 判定"我不是交互终端"→ 当场退出 → init 又 respawn → 死循环。所以得给 /dev/console 接上真 console TTY 的后端。
5. Error::Fault 不是为了好看:copy_from/to_user 拿到坏指针,过去只能返 InvalidArgument(≈ EINVAL)凑合当 EFAULT。可 console 这条路上有专门验 -EFAULT 的测试,凑合就过不了闸——给 Error 枚举补一个 Fault,精确映射 EFAULT。