Bionic C 库一览

Bionic C 库一览:
介绍：
核心体系：
Bionic设计的核心思想是：尽量简单。
这意味这这个C库只围绕着内核提供轻量级的包装，我们让它尽量小，不去处理一些细枝末页的事情。

取Bionic这个名字,是因为它由部分BSD和部分linux组成：

它的代码由BSD C库和自定义的linux代码(用于处理线程，进程，信号，和其他事情)混合而成。

所有原始的BSD块，遵循BSD版权声明。特定的Bionic部分遵循Android open source project版权声明。一切发行版都遵循BSd版权。

架构：
Bionic 当前支持ARM and x86指令集。理论上可以支持更多，但是这需要做点工作（比如，
向SYSCALLS.TXT文件中添加系统调用IDS，如下面所述，或者修改动态链接器）。

ARM相关代码在arch-arm/下面，x86相关代码在arch-x86下面。

注意,x86版本只能运行在x86 android设备上。我们并没有声明说，你能够在普通 x86 linux发布版上使用Bionic,（尽管这会很”酷”，因此欢迎大家做这样的补丁程序）；

Syscall stub：

每个系统调用函数都由一个小的汇编代码段实现(称为”syscall stub”),这是由tools/gensyscalls.py工具自动生成的，它从SYSCALL.TXT中取得输入参数。

SYSCALLS.TXT包含了一份要生成的系统调用块列表，和相应的系统调用数字标识符（ARM和X86不一样），以及它的签署。

如果你要修改这个文件，你可能要使用tools/checksyscalls.py工具，检查它里面是否包含官方linux核心头文件，如果有不合法的syscall ids，它会报告错误。

有时，C库函数其实就是一个包装，它内部调用相应的syscall名称，例如，exit函数由C库提供，它调用了_exit()这个syscall stub.

详细内容请参考SYSCALLS.TXT文件。

time_t:

time_t在32位CPU内核上定义为32位，一个64位的版本需要避免Y2038bug,但是内核的维护者认为，此刻并不需要。相反，Bionic提供了一个<time64.h>头文件，定义了一个time64_t类型，和相关的函数，如mktime64(), localtime64(),等等。

时区管理：

当前时区的名字取决与TZ环境变量，如果TZ未定义，将会使用名为'persist.sys.timezone'的系统属性。

时区数据库和索引文件放在/system/usr/share/zoneinfo下面，而不是在posix兼容路径/usr/share/zoneinfo下面。

Off_t:

出于相同的原因，off_t也是32位的，由于BSD的继承关系，我们定义loff_t型为64位变量，但是

可以使用typedef 定义off64_t类型，以便使得当前linux代码移植更简单。

Linux核心头文件：

Bionic带来一套自己的”clean”Linux内核头文件，允许用户空间代码使用内核特有的声明（比如，

IOCTLs, structure declarations, constants, 等等... ).他们位于:

./kernel/common,

./kernel/arch-arm

./kernel/arch-x86

这些头文件由一个工具(kernel/tools/update-all.py)产生，只包含原始Linux内核头文件中的公有定义。

如果你想知道为什么和怎么做，请参考kernel/README.TXT文件。

Pthread实现：

Bionic's C库使用他自己的pthread程序包，与其他C库相比有如下不同点：

-放在一个外部库中（-lpthread）

-开放含有少量符号的链接器入口用于动态链接

运行时特征支持(a.k.a. -lrt)，也打包在C库中。基于futexes的实现，尽量提供很短小的代码实现通用操作，有以下几点显著的特征：

- pthread_mutex_t, pthread_cond_t 每各类型都只有4个字节.

- 支持Normal, recursive and error-check互斥体，对Normal case下的代码流程做了很细致的优化，通常大多数的时候都使用Normal。

- 进程共享互斥和条件变量不被支持，它们的实现很复杂，而且Android绝对用不到（android使用其他的进程内同步组件）。

注意，通过精心调整代码流程，他们可能会在未来添加进来，而且不会破坏ABI,(尽管这会使代码执行变得有点儿慢)。

-
当前没有读写锁，互斥体的优先权，和其他高级特征的支持。再说一句，在Android中根本不需要这些，但是在未来可能会被添加进来。

pthread_cancel():

pthread_cancel()在Bionic中不被支持，因为这将使得C库变得庞大起来，就为了这点好处不值得。

基于一下几点考虑：

- 要正常实现，必须在C库的多个地方插入pthread cancellation检测，这会使代码的统一调试变得非常困难。

- 要正常实现，也必须清理资源，象释放内存，解锁互斥体，如果cancel恰好发生在complex函数里（比如在gethostbyname() or fprintf() + 复杂格式化规则里面）。这会使许多函数的执行变慢。

- pthread cancellation不能停止所有的线程：比如，对于无穷循环，它就无能为力。

- pthread cancellation本身也有缺陷，不好移植。

(see http://advogato.org/person/slamb/diary.html?start=49 for example).

所有这些都与Bionic的设计目标相反，如果你的代码依赖thread cancellation，请好好考虑下吧。

注意Bionic确实实现了pthread_cleanup_push()和pthread_cleanup_pop()，在线程通过pthread_exit()调用退出或者从它的主函数中返回的时候，它可作些清理工作，

NND，不想支持就别支持嘛，非要编这么多理由来敷衍我们。

pthread_once():

不要在pthread_once()的回调函数中调用fork(),这么做的话，会在下次调用pthread_once()的时候，在子进程中导致死锁。

而且，你不能在回调函数中throw一个C++ Exception(参见下面的C++ Exception支持).

当前pthread_once()实现缺少必要的多核安全双重检查锁定（屏蔽读写操作）

线程本地数据：

线程本地存储区仅为每个进程提供了略小于64个pthread_key_t对象，在实现上，提供了64个实时slot, 而且自己使用了大约5个(实际数量依赖于实现)。（比如，两个 slot由C库预先分配，以启动Android OpenGL子系统加速）。

注意,Posix要求至少128个slot,但是我们不打算与Posix兼容。

除了主线城，在堆栈顶部也存储了TLS区，详细资料请参考bionic/libc/bionic/pthread.c文件中的注释部分。

当前，使用__thread关键词来定义线程本地存储区，还不被Bionic C库和动态链接器支持。

多核支持：

目前,Bionic不提供或使用读/写内存屏蔽。这意味着可能在某些多核系统中不被支持，这取决于实际的CPU架构。

Android特性：

Android提供了少部分特殊的功能。

- 访问系统属性：

Android向系统中所有的进程提供了一个简单共享的键/值对空间。它提供了properties上的字符号码,每一个都是限制大小的字符串，与一个限制大小的字符串值相关联。

头文件<sys/system_properties.h>能够被用于读系统属性，也定义键/值对的最大大小。

-Android的用户/组管理：

在Android中没有/etc/passwd 或 /etc/groups，按照设计，只打算给一个手机用户使用。另一方面，Android使用扩展的Linux用户/组管理特性，以确保进程权限，象对不同文件系统目录的访问。

Android策略是这样的，每个已安装的应用程序都有自己的uid_t/gid_t(从10000开始)，小于10000的ids保留给系统守护进程.

getpwnam()认得一些硬编码的子系统名（比如.”radio”）,会把他们翻译为用户id值，它也认得

"app_1234"是一个组合名字，会把它和10000相加，得到11234. getgrnam()也一样。

getgrouplist()总是返回用户名所属的组，它取用户名做输入参数。

同样地，getgrgid()只会返回一个结构体，它包含一个单元素的成员列表，与用户组的数值一样的用户相对应，

预知详情，参考bionic/libc/bionic/stubs.c。

- getservent()

在Android中没有/etc/services, C库在可执行文件中嵌入只读的服务列表作为代替，它们被依赖于它的不同函数所解析。可以参考bionic/libc/netbsd/net/getservent.c和bionic/libc/netbsd/net/services.h.

内部定义的服务列表可能在未来有变化。这项特性是历史性的，很少使用。

getservent()返回线程本地数据。getservbyport()和getservbyname()也按照同样的方式实现。

- getprotoent()

在Android中没有/etc/protocol，当前不实现getprotoent()和相关函数。如果加入的话，很有可能会与getservent()相同的方式实现。

DNS解析器：

Bionic 使用NetBSD-derived 解析库，按以下方式修改：

- 不实现name-server-switch特性(a.k.a. <nsswitch.h>)

- 读取/system/etc/resolv.conf而不是/etc/resolv.conf

- 从系统属性中读取服务列表。代码查找'net.dns1', 'net.dns2',等等。每个属性应包含一个DNS服务器的IP地址。

这些属性被Android系统的其他部分修改设置(比如dhcpd进程)

在实现上，也支持每进程的DNS服务器列表，使用属性'net.dns1.<pid>', 'net.dns2.<pid>',等等。这里<pid>代表当前进程的ID号。

- 在执行查询时，使用一个适当的随机查询ID(而不是递增1)，以提高安全性。

- 在执行查询时，给本地客户socket绑定一个随机端口号，以提高安全性。

- 删除一些源代码，这些源代码会造成许多不幸的线程安全问题。

Bionic不暴露它的DNS解析器的实现细节；<arpa/nameser.h>中的内容故意空白。解析器的实现可能会在未来完全改变。

PThread 实时定时器:

支持timer_create(), timer_gettime(), timer_settime() and timer_getoverrun()。

Bionic现在也支持SIGEV_THREAD实时定时器（参见timer_create()）。

在实现上，简单地使用一个线程一个定时器的机制，不像Glibc使用复杂的启发式技术，在多个定时器具有相同属性的情况下，尽可能减少使用的线程数。

这意味着，如果你的代码使用许多SIGEV_THREAD定时器，你的程序可能会消耗太多内存。无论如何，如果你的程序需要许多定时器，最好直接使用timeout事件代替。

其他定时器(如SIGEV_SIGNAL)由内核处理，使用更少的系统资源。

二进制兼容性：

Bionic 不与GNU C库，ucLibc，或任何已知的Linux C库相兼容。这意味一下几件事情：

- 你不能指望依赖GNU C库头文件编译出来的东东，能够正常地动态链接到Bionic.

- 你应该*确实地*依赖Bionic并且使用Android工具链来编译你的程序，工具链处理一些至关重要的细节问题，让你的程序能正常运行。

如果不这样做，经常会导致无法运行或者链接，甚至运行崩溃。互联网上有些网页也描述了怎样使用ARM GNU 工具链成功地写一个"hello-world"程序。这些示例有时也会正常运行，如果不是情非得以，你不应该按照那些指令去做，除非你想浪费时间。

注意，不管怎样，你*能够*依赖GNU C库头文件并且通过静态链接的方式生成一个程序。相应的程序应该能够运行。（如果你不使用dlopen()/dlsym()的话）

动态链接器：

Bionic有它自己的动态链接器(就像在Linux中的ld.so一样)，这个链接器不支持由其他GCC ARM工具链生成的重定位。

C++异常支持：

目前，Bionic不支持C++异常，这意味着下面的事实：

- 如果在pthread_once()的回调函数中抛出异常，C库将保持对应的pthread_once_t互斥器的锁定状态。再次调用pthread_once()将导致死锁。

- 一个适当的实现是能够在回调之前注册一个C++异常清理器，以便正确地为pthread_once_t解锁。不幸地是这需要高度依赖编译器的汇编代码。

这个特性在最近不会得到支持。

- 如果你从C库的回调函数中抛出异常，会发生同样的问题。幸运地是，这些情况非常少，但是你向C库的提供的回调不应抛出异常。

- Bionic缺乏一些能让异常正常运行的支持函数。

System V IPCs:

Bionic有意不提供System-V IPCs机制的支持，象由semget(), shmget(), msgget()提供的那些。原因是为了避免”拒绝服务”.想要了解这个详细的理由，请阅读文档docs/SYSV-IPCS.TXT.

包含路径：

Android编译系统会自动提供必要的C库头文件的包含路径。然而，如果你想要亲自动手的话，必须要添加：

libc/arch-$ARCH/include

libc/include

libc/kernel/common

libc/kernel/arch-$ARCH

到C代码的包含路径。