Android内核解读-应用的安装过程

前言

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。

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。

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publicvoid installPackageWithVerificationAndEncryption(Uri packageURI,

        IPackageInstallObserver observer, intflags, String installerPackageName,

        VerificationParams verificationParams, ContainerEncryptionParams encryptionParams) {

    mContext.enforceCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.INSTALL_PACKAGES,

            null);

 

    finalint 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 = newUserHandle(UserHandle.getUserId(uid));

    }

 

    finalint 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);

 

    finalMessage msg = mHandler.obtainMessage(INIT_COPY);

    msg.obj = newInstallParams(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：

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classPackageHandler extendsHandler {

    privateboolean mBound = false;

    finalArrayList<handlerparams> mPendingInstalls =

        newArrayList<handlerparams>();

 

    privateboolean connectToService() {

        if(DEBUG_SD_INSTALL) Log.i(TAG, Trying to bind to +

                 DefaultContainerService);

        Intent service = newIntent().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;

            returntrue;

        }

        Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);

        returnfalse;

    }

    ...

}</handlerparams></handlerparams>

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：

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privatefinal class AppDirObserver extendsFileObserver {

    publicAppDirObserver(String path, intmask, booleanisrom) {

        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

    publicvoid onEvent(intevent, String path) {

        String removedPackage = null;

        intremovedAppId = -1;

        int[] removedUsers = null;

        String addedPackage = null;

        intaddedAppId = -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 = newFile(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-packagefile:  + 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 = newBundle(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 = newBundle(1);

            extras.putInt(Intent.EXTRA_UID, addedAppId);

            sendPackageBroadcast(Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED, addedPackage,

                    extras,null,null, addedUsers);

        }

    }

 

    privatefinal String mRootDir;

    privatefinal 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。