Android内核解读-应用的安装过程
2016-08-16 20:44
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我们知道，在android手机上安装一个apk很简单，只要打开apk文件，默认就会弹出安装界面，然后点击确定，经过若干秒后，apk就安装成功了，可是你知道apk的安装过程是什么吗？你知道android系统在安装一个apk的时候都干了什么吗？在本文中，将一一解答这个问题。简单来说，apk的安装过程分两步：第一步，将apk文件复制到程序目录下（/data/app/）；第二步，为应用创建数据目录（/data/data/package name/）、提取dex文件到指定目录（/data/dalvik-cache/）、修改系统包管理信息。注意，本文的分析基于Android
4.3源码。
[java] view
plain copy
public void installPackageWithVerificationAndEncryption(Uri packageURI,
IPackageInstallObserver observer, int flags, String installerPackageName,
VerificationParams verificationParams, ContainerEncryptionParams encryptionParams) {
mContext.enforceCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.INSTALL_PACKAGES,
null);
final int uid = Binder.getCallingUid();
if (isUserRestricted(UserHandle.getUserId(uid), UserManager.DISALLOW_INSTALL_APPS)) {
try {
observer.packageInstalled("", PackageManager.INSTALL_FAILED_USER_RESTRICTED);
} catch (RemoteException re) {
}
return;
}
UserHandle user;
if ((flags&PackageManager.INSTALL_ALL_USERS) != 0) {
user = UserHandle.ALL;
} else {
user = new UserHandle(UserHandle.getUserId(uid));
}
final int filteredFlags;
if (uid == Process.SHELL_UID || uid == 0) {
if (DEBUG_INSTALL) {
Slog.v(TAG, "Install from ADB");
}
filteredFlags = flags | PackageManager.INSTALL_FROM_ADB;
} else {
filteredFlags = flags & ~PackageManager.INSTALL_FROM_ADB;
}
verificationParams.setInstallerUid(uid);
final Message msg = mHandler.obtainMessage(INIT_COPY);
msg.obj = new InstallParams(packageURI, observer, filteredFlags, installerPackageName,
verificationParams, encryptionParams, user);
mHandler.sendMessage(msg);
}
通过分析代码可以发现，真正实现apk拷贝的方法是InstallParams的handleStartCopy方法，InstallParams中有重试机制，拷贝如果失败的话会重试，最多重试4次。在拷贝之前，还必须做一件事情，那就是绑定media container service，安装过程中一些状态的检查会用到这个服务，代码如下所示：
[java] view
plain copy
class PackageHandler extends Handler {
private boolean mBound = false;
final ArrayList<HandlerParams> mPendingInstalls =
new ArrayList<HandlerParams>();
private boolean connectToService() {
if (DEBUG_SD_INSTALL) Log.i(TAG, "Trying to bind to" +
" DefaultContainerService");
Intent service = new Intent().setComponent(DEFAULT_CONTAINER_COMPONENT);
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT);
if (mContext.bindServiceAsUser(service, mDefContainerConn,
Context.BIND_AUTO_CREATE, UserHandle.OWNER)) {
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
mBound = true;
return true;
}
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
return false;
}
...
}
现在分析一下InstallParams的handleStartCopy方法，这个方法很长，代码就不帖出来了，大家可以自己去看看，这里主要分析下它的工作流程：
1. 检查安装位置标记位是否有冲突，如果有冲突，则安装失败，这里的有冲突是指“一个apk同时要求被安装到内部存储和sd卡”
2. 调用MCS服务的getMinimalPackageInfo方法来得到apk的推荐安装位置，并检查是否能够进行正常的安装。在这一步，有可能抛出一些无法安装的状态位：存储空间不足、程序已经安装、无效的apk文件等，这个时候安装过程终止
3. 到这一步，表示程序可以正常安装，同时MCS服务服务可能会根据需要调整安装位置，在InstallParams的installLocationPolicy中完成
4. 文件的复制过程，PMS针对内部存储和sd卡分别提供了一个类：FileInstallArgs和AsecInstallArgs，并分别调用二者的copyApk方法来完成apk的复制过程
经过了上面4步，待安装apk已经被复制到了/data/app/目录了。
[java] view
plain copy
private final class AppDirObserver extends FileObserver {
public AppDirObserver(String path, int mask, boolean isrom) {
super(path, mask);
mRootDir = path;
mIsRom = isrom;
}
//在/data/app/目录下添加或删除apk的时候，此方法会被调用
public void onEvent(int event, String path) {
String removedPackage = null;
int removedAppId = -1;
int[] removedUsers = null;
String addedPackage = null;
int addedAppId = -1;
int[] addedUsers = null;
// TODO post a message to the handler to obtain serial ordering
synchronized (mInstallLock) {
String fullPathStr = null;
File fullPath = null;
if (path != null) {
fullPath = new File(mRootDir, path);
fullPathStr = fullPath.getPath();
}
if (DEBUG_APP_DIR_OBSERVER)
Log.v(TAG, "File " + fullPathStr + " changed: " + Integer.toHexString(event));
if (!isPackageFilename(path)) {
if (DEBUG_APP_DIR_OBSERVER)
Log.v(TAG, "Ignoring change of non-package file: " + fullPathStr);
return;
}
// Ignore packages that are being installed or
// have just been installed.
if (ignoreCodePath(fullPathStr)) {
return;
}
PackageParser.Package p = null;
PackageSetting ps = null;
// reader
synchronized (mPackages) {
p = mAppDirs.get(fullPathStr);
if (p != null) {
ps = mSettings.mPackages.get(p.applicationInfo.packageName);
if (ps != null) {
removedUsers = ps.queryInstalledUsers(sUserManager.getUserIds(), true);
} else {
removedUsers = sUserManager.getUserIds();
}
}
addedUsers = sUserManager.getUserIds();
}
//当apk被删除的时候，往往意味着这个apk被卸载
if ((event&REMOVE_EVENTS) != 0) {
if (ps != null) {
if (DEBUG_REMOVE) Slog.d(TAG, "Package disappeared: " + ps);
//removePackageLI方法完成卸载apk的主要功能
removePackageLI(ps, true);
removedPackage = ps.name;
removedAppId = ps.appId;
}
}
//新添加了一个apk，往往意味着一个新的apk被安装
if ((event&ADD_EVENTS) != 0) {
if (p == null) {
if (DEBUG_INSTALL) Slog.d(TAG, "New file appeared: " + fullPath);
//scanPackageLI方法完成了apk安装的第二个步骤
p = scanPackageLI(fullPath,
(mIsRom ? PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM
| PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR: 0) |
PackageParser.PARSE_CHATTY |
PackageParser.PARSE_MUST_BE_APK,
SCAN_MONITOR | SCAN_NO_PATHS | SCAN_UPDATE_TIME,
System.currentTimeMillis(), UserHandle.ALL);
if (p != null) {
/*
* TODO this seems dangerous as the package may have
* changed since we last acquired the mPackages
* lock.
*/
// writer
synchronized (mPackages) {
updatePermissionsLPw(p.packageName, p,
p.permissions.size() > 0 ? UPDATE_PERMISSIONS_ALL : 0);
}
addedPackage = p.applicationInfo.packageName;
addedAppId = UserHandle.getAppId(p.applicationInfo.uid);
}
}
}
// reader
synchronized (mPackages) {
mSettings.writeLPr();
}
}
//下面两个if语句块大家应用不陌生吧，在我们的应用中想监听应用的安装和卸载，
//就是通过收听ACTION_PACKAGE_ADDED和ACTION_PACKAGE_REMOVED这两个广播来实现的
if (removedPackage != null) {
Bundle extras = new Bundle(1);
extras.putInt(Intent.EXTRA_UID, removedAppId);
extras.putBoolean(Intent.EXTRA_DATA_REMOVED, false);
sendPackageBroadcast(Intent.ACTION_PACKAGE_REMOVED, removedPackage,
extras, null, null, removedUsers);
}
if (addedPackage != null) {
Bundle extras = new Bundle(1);
extras.putInt(Intent.EXTRA_UID, addedAppId);
sendPackageBroadcast(Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED, addedPackage,
extras, null, null, addedUsers);
}
}
private final String mRootDir;
private final boolean mIsRom;
}
下面，我们主要分析一下scanPackageLI方法，还是仅仅分析，不帖代码，因为代码太长了，帖出来没法看了，这个方法不仅仅是完成apk包的扫描，还解析AndroidManifest.xml文件并提取出所有的intent-filter和permission信息，apk安装的主要功能都由它来完成的，当apk包扫描完成后，系统会调用updatePermissionsLPw方法更新系统所具有的权限。
scanPackageLI方法有两个，其第一个参数分别接受File和PackageParser.Package类型，第一个方法会从File中提取出package信息然后再调用第二个方法，下面分析第二个scanPackageLI方法，其完成的事情如下：
1. 如果包名是android，则会做一些特殊处理，这个包名为android的应用是系统内部应用的，其他应用的包名如果叫android则安装会有问题，大家可以试一下
2. 解析常见的use-feature、shared-userId、use-library标签并保存到成员变量中
3. 进行签名验证，对应的方法是verifySignaturesLP，验证失败则应用无法安装
4. 创建应用程序目录/data/data/包名，同时将apk中提取出dex文件并保存到/data/dalvik-cache，把apk当做zip解压就能得到dex文件
5. 解析AndroidManifest.xml文件，提取出所需信息，包括具有intent-filter的四大组件信息（Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider）和声明的系统权限等
到此为止，scanPackageLI方法结束了。而updatePermissionsLPw的作用是对系统中所有的权限进行更新，大家可以查看下/system/etc/permissons目录，下面定义了android系统中所有的权限，开发中最常用的权限定义在目录下的platform.xml里面，大家可以打开看看，可以看到常见的访问网络、读写外部存储等权限等都是在这里定义的。权限更新完毕以后，系统就会发送ACTION_PACKAGE_ADDED广播，告知所有应用有新应用安装了。另外，大家可以查看下data/system/目录，里面有两个文件packages.list和packages.xml，在packages.list里面放的是手机上安装的所有应用列表，而packages.xml中存放的是所有应用的设置应用，比如一个应用声明了哪些系统权限就定义在这里面。关于应用的卸载，我们可以想到是应用安装过程的逆过程，大致要做的是：停止应用、删除各种文件，更新系统设置、权限等，大家感兴趣自己看一下，完全是安装过程的逆过程，这里不介绍了。
4.3源码。
apk的复制过程
apk的安装从PackageManager的installApk方法开始，由于PackageManager所对应的binder服务为PackageManagerService（PMS），所以，真正的安装过程都在PackageManagerService中完成。PackageManagerService的installApk方法最终调用了installPackageWithVerificationAndEncryption方法，该方法的核心就是在最后发送了一个INIT_COPY的消息，这个消息的含义是完成apk的拷贝过程。[java] view
plain copy
public void installPackageWithVerificationAndEncryption(Uri packageURI,
IPackageInstallObserver observer, int flags, String installerPackageName,
VerificationParams verificationParams, ContainerEncryptionParams encryptionParams) {
mContext.enforceCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.INSTALL_PACKAGES,
null);
final int uid = Binder.getCallingUid();
if (isUserRestricted(UserHandle.getUserId(uid), UserManager.DISALLOW_INSTALL_APPS)) {
try {
observer.packageInstalled("", PackageManager.INSTALL_FAILED_USER_RESTRICTED);
} catch (RemoteException re) {
}
return;
}
UserHandle user;
if ((flags&PackageManager.INSTALL_ALL_USERS) != 0) {
user = UserHandle.ALL;
} else {
user = new UserHandle(UserHandle.getUserId(uid));
}
final int filteredFlags;
if (uid == Process.SHELL_UID || uid == 0) {
if (DEBUG_INSTALL) {
Slog.v(TAG, "Install from ADB");
}
filteredFlags = flags | PackageManager.INSTALL_FROM_ADB;
} else {
filteredFlags = flags & ~PackageManager.INSTALL_FROM_ADB;
}
verificationParams.setInstallerUid(uid);
final Message msg = mHandler.obtainMessage(INIT_COPY);
msg.obj = new InstallParams(packageURI, observer, filteredFlags, installerPackageName,
verificationParams, encryptionParams, user);
mHandler.sendMessage(msg);
}
通过分析代码可以发现，真正实现apk拷贝的方法是InstallParams的handleStartCopy方法，InstallParams中有重试机制，拷贝如果失败的话会重试，最多重试4次。在拷贝之前，还必须做一件事情，那就是绑定media container service，安装过程中一些状态的检查会用到这个服务，代码如下所示：
[java] view
plain copy
class PackageHandler extends Handler {
private boolean mBound = false;
final ArrayList<HandlerParams> mPendingInstalls =
new ArrayList<HandlerParams>();
private boolean connectToService() {
if (DEBUG_SD_INSTALL) Log.i(TAG, "Trying to bind to" +
" DefaultContainerService");
Intent service = new Intent().setComponent(DEFAULT_CONTAINER_COMPONENT);
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT);
if (mContext.bindServiceAsUser(service, mDefContainerConn,
Context.BIND_AUTO_CREATE, UserHandle.OWNER)) {
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
mBound = true;
return true;
}
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
return false;
}
...
}
现在分析一下InstallParams的handleStartCopy方法，这个方法很长，代码就不帖出来了，大家可以自己去看看，这里主要分析下它的工作流程：
1. 检查安装位置标记位是否有冲突，如果有冲突，则安装失败，这里的有冲突是指“一个apk同时要求被安装到内部存储和sd卡”
2. 调用MCS服务的getMinimalPackageInfo方法来得到apk的推荐安装位置，并检查是否能够进行正常的安装。在这一步，有可能抛出一些无法安装的状态位：存储空间不足、程序已经安装、无效的apk文件等，这个时候安装过程终止
3. 到这一步，表示程序可以正常安装，同时MCS服务服务可能会根据需要调整安装位置，在InstallParams的installLocationPolicy中完成
4. 文件的复制过程，PMS针对内部存储和sd卡分别提供了一个类：FileInstallArgs和AsecInstallArgs，并分别调用二者的copyApk方法来完成apk的复制过程
经过了上面4步，待安装apk已经被复制到了/data/app/目录了。
apk的解析过程
上面，apk已经被复制到了/data/app/目录，安装的第一步已经完成，那么系统是什么时候对apk进行dex提取和解析的呢，这还要从PMS说起，在PMS内部有一个AppDirObserver类，顾名思义，它的作用是应用目录观察者，它时刻观察着应用目录/data/app/，当目录内部结构改变的时候（创建文件和删除文件）它会做出相应行为，下面看下它的代码：[java] view
plain copy
private final class AppDirObserver extends FileObserver {
public AppDirObserver(String path, int mask, boolean isrom) {
super(path, mask);
mRootDir = path;
mIsRom = isrom;
}
//在/data/app/目录下添加或删除apk的时候，此方法会被调用
public void onEvent(int event, String path) {
String removedPackage = null;
int removedAppId = -1;
int[] removedUsers = null;
String addedPackage = null;
int addedAppId = -1;
int[] addedUsers = null;
// TODO post a message to the handler to obtain serial ordering
synchronized (mInstallLock) {
String fullPathStr = null;
File fullPath = null;
if (path != null) {
fullPath = new File(mRootDir, path);
fullPathStr = fullPath.getPath();
}
if (DEBUG_APP_DIR_OBSERVER)
Log.v(TAG, "File " + fullPathStr + " changed: " + Integer.toHexString(event));
if (!isPackageFilename(path)) {
if (DEBUG_APP_DIR_OBSERVER)
Log.v(TAG, "Ignoring change of non-package file: " + fullPathStr);
return;
}
// Ignore packages that are being installed or
// have just been installed.
if (ignoreCodePath(fullPathStr)) {
return;
}
PackageParser.Package p = null;
PackageSetting ps = null;
// reader
synchronized (mPackages) {
p = mAppDirs.get(fullPathStr);
if (p != null) {
ps = mSettings.mPackages.get(p.applicationInfo.packageName);
if (ps != null) {
removedUsers = ps.queryInstalledUsers(sUserManager.getUserIds(), true);
} else {
removedUsers = sUserManager.getUserIds();
}
}
addedUsers = sUserManager.getUserIds();
}
//当apk被删除的时候，往往意味着这个apk被卸载
if ((event&REMOVE_EVENTS) != 0) {
if (ps != null) {
if (DEBUG_REMOVE) Slog.d(TAG, "Package disappeared: " + ps);
//removePackageLI方法完成卸载apk的主要功能
removePackageLI(ps, true);
removedPackage = ps.name;
removedAppId = ps.appId;
}
}
//新添加了一个apk，往往意味着一个新的apk被安装
if ((event&ADD_EVENTS) != 0) {
if (p == null) {
if (DEBUG_INSTALL) Slog.d(TAG, "New file appeared: " + fullPath);
//scanPackageLI方法完成了apk安装的第二个步骤
p = scanPackageLI(fullPath,
(mIsRom ? PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM
| PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR: 0) |
PackageParser.PARSE_CHATTY |
PackageParser.PARSE_MUST_BE_APK,
SCAN_MONITOR | SCAN_NO_PATHS | SCAN_UPDATE_TIME,
System.currentTimeMillis(), UserHandle.ALL);
if (p != null) {
/*
* TODO this seems dangerous as the package may have
* changed since we last acquired the mPackages
* lock.
*/
// writer
synchronized (mPackages) {
updatePermissionsLPw(p.packageName, p,
p.permissions.size() > 0 ? UPDATE_PERMISSIONS_ALL : 0);
}
addedPackage = p.applicationInfo.packageName;
addedAppId = UserHandle.getAppId(p.applicationInfo.uid);
}
}
}
// reader
synchronized (mPackages) {
mSettings.writeLPr();
}
}
//下面两个if语句块大家应用不陌生吧，在我们的应用中想监听应用的安装和卸载，
//就是通过收听ACTION_PACKAGE_ADDED和ACTION_PACKAGE_REMOVED这两个广播来实现的
if (removedPackage != null) {
Bundle extras = new Bundle(1);
extras.putInt(Intent.EXTRA_UID, removedAppId);
extras.putBoolean(Intent.EXTRA_DATA_REMOVED, false);
sendPackageBroadcast(Intent.ACTION_PACKAGE_REMOVED, removedPackage,
extras, null, null, removedUsers);
}
if (addedPackage != null) {
Bundle extras = new Bundle(1);
extras.putInt(Intent.EXTRA_UID, addedAppId);
sendPackageBroadcast(Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED, addedPackage,
extras, null, null, addedUsers);
}
}
private final String mRootDir;
private final boolean mIsRom;
}
下面，我们主要分析一下scanPackageLI方法，还是仅仅分析，不帖代码，因为代码太长了，帖出来没法看了，这个方法不仅仅是完成apk包的扫描，还解析AndroidManifest.xml文件并提取出所有的intent-filter和permission信息，apk安装的主要功能都由它来完成的，当apk包扫描完成后，系统会调用updatePermissionsLPw方法更新系统所具有的权限。
scanPackageLI方法有两个，其第一个参数分别接受File和PackageParser.Package类型，第一个方法会从File中提取出package信息然后再调用第二个方法，下面分析第二个scanPackageLI方法，其完成的事情如下：
1. 如果包名是android，则会做一些特殊处理，这个包名为android的应用是系统内部应用的，其他应用的包名如果叫android则安装会有问题，大家可以试一下
2. 解析常见的use-feature、shared-userId、use-library标签并保存到成员变量中
3. 进行签名验证，对应的方法是verifySignaturesLP，验证失败则应用无法安装
4. 创建应用程序目录/data/data/包名，同时将apk中提取出dex文件并保存到/data/dalvik-cache，把apk当做zip解压就能得到dex文件
5. 解析AndroidManifest.xml文件，提取出所需信息，包括具有intent-filter的四大组件信息（Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider）和声明的系统权限等
到此为止，scanPackageLI方法结束了。而updatePermissionsLPw的作用是对系统中所有的权限进行更新，大家可以查看下/system/etc/permissons目录，下面定义了android系统中所有的权限，开发中最常用的权限定义在目录下的platform.xml里面，大家可以打开看看，可以看到常见的访问网络、读写外部存储等权限等都是在这里定义的。权限更新完毕以后，系统就会发送ACTION_PACKAGE_ADDED广播，告知所有应用有新应用安装了。另外，大家可以查看下data/system/目录，里面有两个文件packages.list和packages.xml，在packages.list里面放的是手机上安装的所有应用列表，而packages.xml中存放的是所有应用的设置应用，比如一个应用声明了哪些系统权限就定义在这里面。关于应用的卸载，我们可以想到是应用安装过程的逆过程，大致要做的是：停止应用、删除各种文件，更新系统设置、权限等，大家感兴趣自己看一下，完全是安装过程的逆过程，这里不介绍了。
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