Android apk安装管理(PackageManagerService 分析)
本篇主要分析了系统启动阶段包管理服务的启动流程，其中的几个接口在apk安装时也会被调用。包管理服务启动时主要做的工作大致有如下几方面：
1.建立java层的installer与c层的installd的socket联接，使得在上层的install,remove,dexopt等功能最终由installd在底层实现
2.建立PackageHandler消息循环，用于处理外部的apk安装请求消息，如adb install,packageinstaller安装apk时会发送消息
3.解析/system/etc/permission下xml文件(framework/base/data/etc/)，包括platform.xml和系统支持的各种硬件模块的feature.主要工作：
(1)建立底层user ids和group ids 同上层permissions之间的映射；可以指定一个权限与几个组ID对应。当一个APK被授予这个权限时，它也同时属于这几个组。
(2)给一些底层用户分配权限，如给shell授予各种permission权限；把一个权限赋予一个UID，当进程使用这个UID运行时，就具备了这个权限。
(3) library,系统增加的一些应用需要link的扩展jar库；
(4) feature,系统每增加一个硬件，都要添加相应的feature.将解析结果放入mSystemPermissions,mSharedLibraries,mSettings.mPermissions,mAvailableFeatures等几个集合中供系统查询和权限配置使用。
4.检查/data/system/packages.xml是否存在，这个文件是在解析apk时由
writeLP()创建的，里面记录了系统的permissions，以及每个apk的name,codePath,flags,ts,version,uesrid等信息，这些信息主要通过apk的
AndroidManifest.xml解析获取，解析完apk后将更新信息写入这个文件并保
存到flash，下次开机直接从里面读取相关信息添加到内存相关列表中。当有apk
升级，安装或删除时会更新这个文件。
5.检查BootClassPath，mSharedLibraries及/system/framework下的jar
是否需要dexopt，需要的则通过dexopt进行优化
6.启动AppDirObserver线程监测/system/framework,/system/app,/data/app,/data/
app-private目录的事件,主要监听add和remove事件。对于目录监听底层通过
inotify机制实现，inotify 是一种文件系统的变化通知机制，如文件增加、删除
等事件可以立刻让用户态得知,它为用户态监视文件系统的变化提供了强大的支持。
当有add event时调用scanPackageLI(File , int , int)处理；
当有remove event时调用removePackageLI()处理;
7.对于以上几个目录下的apk逐个解析，主要是解析每个apk的AndroidMa-
nifest.xml文件，处理asset/res等资源文件，建立起每个apk的配置结构信息，
并将每个apk的配置信息添加到全局列表进行管理。调用installer.install()进
行安装工作,检查apk里的dex文件是否需要再优化,如果需要优化则通过辅助工
具dexopt进行优化处理；将解析出的componet添加到pkg的对应列表里；
对apk进行签名和证书校验,进行完整性验证。
8.将解析的每个apk的信息保存到packages.xml和packages.list文件里，
packages.list记录了如下数据：pkgName，userId，debugFlag，dataPath（包的数据路径）
图1 主流程图
详细分析
在systemserver.java中启动包管理服务
pm=PackageManagerService.main(context,factoryTest!= SystemServer.FACTORY_TEST_OFF);
main函数主要功能是构造 PackageManagerService实例，然后添加到ServiceManager中。
public static final IPackageManager main(Context context, booleanfactoryTest) {
PackageManagerService m = new PackageManagerService(context,factoryTest);
ServiceManager.addService(“package”, m);
return m;
}
PackageManagerService(context, factoryTest)是包管理服务的主进程。它完成了对/system/app,/data/app,/system/framework,/data/app-private下的apk文件的解析。详细流程如下：
初始化过程：
判断ro.build.type 是否等于eng；
创建系统显示像素实例mMetrics = new DisplayMetrics();
创建mSettings实例mSettings = new Settings()，Settings类是PackageManagerService的一个静态子类，它的作用主要是保持动态设置的信息，通过Settings()构造函数在/data/system下创建了三个文件名：packages.xml，packages-backup.xml(这个文件在mSettings.writeLP()里被删除了)，packages.list。
mSettings增加android.uid.system，android.uid.phone，android.uid.log三个共享用户ID,同时授予其系统权限。
//建立installer与installd的socket联接
Installer installer = new Installer();
installer.ping() &&Process.supportsProcesses()；
installd完成以下一些命令
struct cmdinfo cmds[] = {
{“ping”, 0,do_ping },
{“install”, 3,do_install },
{“dexopt”, 3,do_dexopt },
{“movedex”, 2, do_move_dex },
{“rmdex”, 1,do_rm_dex },
{“remove”, 1,do_remove },
{“rename”, 2,do_rename },
{“freecache”, 1,do_free_cache },
{“rmcache”, 1,do_rm_cache },
{“protect”, 2,do_protect },
{“getsize”, 3,do_get_size },
{“rmuserdata”, 1,do_rm_user_data },
{“movefiles”, 0,do_movefiles },
};
//获取当前缺省的显示像素
WindowManagerwm=(WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE);
Display d = wm.getDefaultDisplay();
d.getMetrics(mMetrics);
建立一个消息循环，用于处理apk安装时的请求消息处理（这些请求来自adb install/push,包安装器，android market下载安装apk时发送的）
mHandlerThread.start();
mHandler = newPackageHandler(mHandlerThread.getLooper());
这个消息循环处理的消息事件如下：
static final int SEND_PENDING_BROADCAST = 1;
static final int MCS_BOUND = 3;
static final int END_COPY = 4;
static final int INIT_COPY = 5;
static final int MCS_UNBIND = 6;
static final int START_CLEANING_PACKAGE = 7;
static final int FIND_INSTALL_LOC = 8;
static final int POST_INSTALL = 9;
static final int MCS_RECONNECT = 10;
static final int MCS_GIVE_UP = 11;
static final int UPDATED_MEDIA_STATUS = 12;
static final int WRITE_SETTINGS = 13;
//创建/data/data和/data/app-private目录
File dataDir =Environment.getDataDirectory();//获得/data目录
mAppDataDir = new File(dataDir,”data”);
mDrmAppPrivateInstallDir = newFile(dataDir, “app-private”);
// Read permissions from/system/etc/permission directory.
//这些文件在framework/base/data/etc
Void readPermissions()
{
//解析/system/etc/permission/下的*.xml文件，获取权限信息
//最后解析该目录下的 platform.xml文件，使该文件里的权限在栈顶出现，以便预先处理
//这个文件记录了系统级应用的uid及其拥有的权限
File permFile = newFile(Environment.getRootDirectory(),”etc/permissions/platform.xml”);
readPermissionsFromXml(permFile);
//该函数的功能如下：
通过xml解析器解释*.xml文件，提取标签名“group”，”permission”，”assign-permission”，”library”，”feature”并进行相应处理。在platform.xml中对底层的系统用户和组ID(groupids)同上层的由平台管理的permission名字之间进行了关系映射，使它们关联起来。当一个应用被授予某个权限后，同时属于已知的组ID，这个应用就可以进行允许这个组的文件系统操作，如（read,write,execute）。这里记录了一些系统级的应用的 uid 对应的 permission
//每个标签的含义：
group：安装到系统中的所有APK都具备的组ID。
permission：可以指定一个权限与几个组ID对应。当一个APK被授予这个权限时，它也同 时属于这几个组。
assign-permission：把一个权限赋予一个UID，当进程使用这个UID运行时，就具备了这个权限。
library：为系统添加一些扩展库用的。对应的.jar文件放在/system/framework/目录下。比如GoogleMap相关的库。
feature：每添加一个硬件，都要增加对应的feature。将以上解析的结果对应放入mGlobalGids，mSettings.mPermissions，mSystemPermissions,mSharedLibraries,,mAvailableFeatures等几个list中供系统查询和权限配置使用。
}
//readLP()会判断/data/system/packages.xml文件是否存在，如果不存在则返回false,如果存在则进行解析，在系统第一次启动时packages.xml文件是不存在的，由writeLP()创建该文件，并将该文件写到nand上，下次开机会直接读取并解析这个文件。解析的过程即是按照xml定义的标签，将对应的属性和值添加到全局列表中。packages.xml文件中记录了系统安装的所有apk的属性权限的信息，当系统中的apk安装，删除或升级时，改文件就会被更新。
<permissions>标签定义了目前系统中定义的所有权限。主要分为两类：系统定义的（package属性为Android）和APK定义的（package属性为APK的包名）
sharedUserId/userId:Android系统启动一个普通的APK时，会为这个APK分配一个独立的UID，这就是userId。如果APK要和系统中其它APK使用相同的UID的话，那就是sharedUserId。
perms:APK的AndroidManifest.xml文件中，每使用一个<uses-permission>标签，<perms>标签中就会增加一项。
<shared-user>代表一个共享UID，通常，共同实现一系列相似功能的APK共享一个UID。<perms>标签中的 权限代表了这个共享UID的权限，所有使用的同一个共享UID的APK运行在同一进程中，这个进程的UID就是这个共享UID，这些APK都具有这个共享 UID的权限。
name:共享UID的名字，在APK的Android:sharedUserId属性中使用。
userId：使用这个共享UID的所有APK运行时所在的进程的UID。
mRestoredSettings =mSettings.readLP();
//判断boot class path里的文件（jar文件）是否需要dexopt(判断标准是检查DvmGlobals.bootClassPath是否已经包含这个文件),如果需要先将文件添加到libFiles里，同时进行dexopt：由Installer通过socket将命令传给installd的run_dexopt,最终调用的是/system/bin/dexopt对jar包进行处理。如果已经进行了dexopt动作，则将/data/dalvik-cache下的以data开头的文件删除，后续重新建立。如果外部库mSharedLibraries列表存在，也要检查列表中的元素是否需要dexopt,如果需要则和boot class path进行相同处理。对于/system/framework下apk和jar文件检查是否需要dexopt.
String bootClassPath =System.getProperty(“java.boot.class.path”);
if(bootClassPath != null) {
String[] paths = splitString(bootClassPath, ‘:’);
for (int i=0; i<paths.length; i++) {
try {
if(dalvik.system.DexFile.isDexOptNeeded(paths[i])) {//是否需要dexopt
libFiles.add(lib);//添加到libFiles列表
mInstaller.dexopt(paths[i],Process.SYSTEM_UID, true);//进行dexopt
}
}
}
}
//对framework-res.apk不进行dexopt直接添加到libFiles
libFiles.add(mFrameworkDir.getPath() + “/framework-res.apk”);
//启动AppDirObserver线程监测/system/framework，/system/app，/data/app，/data/app-private几个目录的事件，主要监听的是add和remove事件。对于目录监听底层通过inotify机制实现，inotify 是在 2.6.13 中引入的新功能，它为用户态监视文件系统的变化提供了强大的支持；inotify是一种文件系统的变化通知机制，如文件增加、删除等事件可以立刻让用户态得知，当监测到事件发生时该线程做何处理呢？
MframeworkInstallObserver =
newAppDirObserver(mFrameworkDir.getPath(),OBSERVER_EVENTS, true);
mFrameworkInstallObserver.startWatching();
//调用scanDirLI解析以上目录下的apk文件，该函数是包管理服务的重要函数，在后面有详细的分析
private void scanDirLI(File dir, int flags, int scanMode) {
String[] files = dir.list();
for (i=0; i<files.length; i++)
{
File file = new File(dir, files[i]);
PackageParser.Package pkg =
scanPackageLI(file,flags|PackageParser.PARSE_MUST_BE_APK, scanMode);
if (pkg == null && (flags & PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM)== 0 &&
mLastScanError ==PackageManager.INSTALL_FAILED_INVALID_APK) {
// Delete the apk
file.delete();
}
}
}
//对于不存在的system apk调用以下函数删除掉
Iterator<PackageSetting> psit =mSettings.mPackages.values().iterator();
PackageSetting ps = psit.next();
if((ps.pkgFlags&ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) != 0
&&!mPackages.containsKey(ps.name)
&&!mSettings.mDisabledSysPackages.containsKey(ps.name))
{
psit.remove();
mInstaller.remove(ps.name);
}
//在解析完以上目录下的apk后，更新应用的权限
updatePermissionsLP(null, null, true, regrantPermissions,regrantPermissions);
//writeLP 会生成packages.xml和packages.list文件,packages.list的数据格式是：pkgName，userId，debugFlag，dataPath（包的数据路径）,packages.xml保存了每个已经安装apk的详尽的信息
mSettings.writeLP();
以上是包管理服务在系统启动时做的全部工作。
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下面解析其中一个比较重要的函数scanDirLI：
private void scanDirLI(File dir, int flags,int scanMode) {
String[] files = dir.list();
for (i=0; i<files.length; i++)
{
File file = new File(dir, files[i]);
PackageParser.Package pkg =
scanPackageLI(file,flags|PackageParser.PARSE_MUST_BE_APK, scanMode);
if (pkg == null && (flags &PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM) == 0 &&
mLastScanError ==PackageManager.INSTALL_FAILED_INVALID_APK) {
// Delete the apk
file.delete();
}
}
}
这个函数结构比较简单，对监测的几个目录下的每一个apk文件继续通过scanPackageLI(file,flags|PackageParser.PARSE_MUST_BE_APK, scanMode)进行解析，对不存在且安装失败已经无效的非系统apk直接删除。
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图2 scanDirLI流程分析
scanPackageLI是一个重定义函数，它的作用是：用 PackageParser的两个重定义函数parsePackage解析package的asset,res，建立asset资源文件路径；解析AndroidManifest.xml文件，建立PackageParser.Package结构，这个结构保存了从AndroidManifest.xml解析出的package的信息。对package进行数字签名及完整性校验，
private PackageParser.PackagescanPackageLI(File scanFile, int parseFlags, int scanMode)
{
//实例化一个 PackageParser对象
PackageParser pp = new PackageParser(scanPath);
// parsePackage也是一个重定义函数，它主要做了三件事，一个是解析apk中的asset下的文件，一个是解析res下的文件，关于asset与res区别请参考：http://blog.csdn.net/hshm20517/archive/2011/06/02/6461890.aspx。然后通过重定义函数parsePackage(Resourcesres, XmlResourceParser parser, int flags, String[] outError) 对apk的AndroidManifest.xml进行解析,将每个标签对应的信息添加到每个包的相关列表中，如将标签application下的activity通过pkg.activities.add(a)添加到package的activities列表，将service添加到owner.services.add(s)。
PackageParser.Package pkg = pp.parsePackage(scanFile, scanPath,mMetrics, parseFlags);
//检查这个package是否已经存在，以及是否重命名过，以及该系统package是否可以被更新，如果可以被更新，则对比系统分区和data分区的package版本，如果系统分区的package高于data分区的版本，则保留系统分区的package
//对package进行签名认证，如果是system img里的，只是通过AndroidManifest.xml获得签名，对签名校验，不会对全部文件进行有效性检查；否则，就要结合META-INF/进行签名和有效性校验
collectCertificatesLI(pp, ps, pkg, scanFile, parseFlags);
//调用重定义函数继续进行解析,将每个apk解析出的标签信息添加到全局的列表里。如将每个apk的recervers列表里的元素pkg.receivers.get(i),通过mReceivers.addActivity(a, “receiver”)添加到全局列表mReceivers里
return scanPackageLI(pkg, parseFlags, scanMode | SCAN_UPDATE_SIGNATURE);
}
<补充知识>
res/raw和assets区别
*res/raw和assets的相同点：
1.两者目录下的文件在打包后会原封不动的保存在apk包中，不会被编译成二进制。
*res/raw和assets的不同点：
1.res/raw中的文件会被映射到R.java文件中，访问的时候直接使用资源ID即R.id.filename；assets文件夹下的文件不会被映射到R.java中，访问的时候需要AssetManager类。
2.res/raw不可以有目录结构，而assets则可以有目录结构，也就是assets目录下可以再建立文件夹
*读取文件资源：
1.读取res/raw下的文件资源，通过以下方式获取输入流来进行写操作
InputStream is =getResources().openRawResource(R.id.filename);
2.读取assets下的文件资源，通过以下方式获取输入流来进行写操作
AssetManager am = null;
am = getAssets();
InputStream is =am.open(“filename”);
（用于内置文件但不知道文件名称，需要筛选出想要的文件然后拷贝到目标目录中，推荐内置在assets文件夹中）
1.res/raw目录：
通过反射的方式得到R.java里面raw内部类里面所有的资源ID的名称，然后通过名称获取资源ID的值来读取我们想要的文件。
2.assets目录：
getAssets().list(“”);来获取assets目录下所有文件夹和文件的名称，再通过这些名称读取我们想要的文件。
另，在处理asset时，android限制最大的数据是1M，超出后会报错误。
</>
public Package parsePackage(FilesourceFile, String destCodePath, DisplayMetrics metrics, int flags)
{
//解析/asset下的文件
assmgr = new AssetManager();
int cookie = assmgr.addAssetPath(mArchiveSourcePath);
parser = assmgr.openXmlResourceParser(cookie,”AndroidManifest.xml”);
//解析/Res下的文件，通过 parsePackage函数解析AndroidManifest.xml文件
Resources res = new Resources(assmgr, metrics, null);
pkg = parsePackage(res, parser, flags, errorText);
// 设置代码路径和资源路径
pkg.mPath = destCodePath;
pkg.mScanPath = mArchiveSourcePath;
}
Package parsePackage(Resources res,XmlResourceParser parser, int flags, String[] outError)
{
解析AndroidManifest.xml里的各个标签,并对pkg的mVersionCode,mSharedUserId,
mSharedUserLabel,installLocation等变量赋值。对于application，permission-group，permission，permission-tree，uses-permission，uses-configuration，uses-feature，uses-sdk，supports-screens，protected-broadcast，instrumentation，original-package，adopt-permissions，eat-comment等标签调用相关函数进行处理。解析出每个标签下的子标签的信息，然后将这些信息添加到每个package的对应列表中，如将application下的activity通过pkg.activities.add(a)添加到package的activities列表。
//将pkg返回
return pkg;
}
private PackageParser.PackagescanPackageLI(PackageParser.Package pkg, int parseFlags, int scanMode) {
（1）Check all shared libraries and map to their actual file path.
（2）check pkg.reqFeatures in mAvailableFeatures
（3）Check and note if we are renaming from an original package name
（4）Check if we are renaming from an original package name.
对于original package不是太了解，还需要继续研究
判断新装应用的content providers是否与已经安装应用的产生冲突。
if (mPlatformPackage == pkg) {//如果包名以android开头的，则将应用的dataDir设为/data/system
// The system package is special.
dataPath = new File (Environment.getDataDirectory(),”system”);
pkg.applicationInfo.dataDir = dataPath.getPath();
}else {
// This is a normal package, need to make its data directory.
dataPath = getDataPathForPackage(pkg);
if (dataPath.exists()) {//如果路径存在
使用FileUtils.getPermissions获取dataPath的权限，
if (mOutPermissions[1] == pkg.applicationInfo.uid || !Process.supportsProcesses())
{
pkg.applicationInfo.dataDir= dataPath.getPath();
} else {
mInstaller.remove(pkgName);//将该包删除
mInstaller.install(pkgName, pkg.applicationInfo.uid,pkg.applicationInfo.uid);
//重新安装该应用
}
pkg.applicationInfo.dataDir =dataPath.getPath();//dataDir重新赋值
}
else
{ //如果路径不存在则直接install安装
mInstaller.install(pkgName,pkg.applicationInfo.uid, pkg.applicationInfo.uid);
}
// Perform shared library installation and dex validation and
// optimization, if this is not a system app.
performDexOptLI(pkg, forceDex)；
//如果新的应用已经安装，请求ActivityManager将旧的kill掉，以免使用时造成混乱
if ((parseFlags & PackageManager.INSTALL_REPLACE_EXISTING) != 0) {
killApplication(pkg.applicationInfo.packageName,pkg.applicationInfo.uid);
}
// Add the new setting to mSettings
mSettings.insertPackageSettingLP(pkgSetting, pkg);
// Add the new setting to mPackages
mPackages.put(pkg.applicationInfo.packageName, pkg);
// Make sure we don’t accidentally delete its data.
mSettings.mPackagesToBeCleaned.remove(pkgName);
以下将每个包的provider,service,activity等信息添加到全局列表中
mServices.addService(s);
mReceivers.addActivity(a, “receiver”);
mActivities.addActivity(a, “activity”);
mPermissionGroups.put(pg.info.name, pg);
permissionMap.put(p.info.name, bp);
mInstrumentation.put(a.getComponentName(),a);
mProtectedBroadcasts.add(pkg.protectedBroadcasts.get(i));
}
