Android内核解读-应用的安装过程-白红宇

Android内核解读-应用的安装过程

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发布时间：2019-05-25

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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。

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：

class PackageHandler extends Handler {	private boolean mBound = false;	final ArrayList
   
     mPendingInstalls =		new ArrayList
    
     ();	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：

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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