Android 的底层库和程序

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Android 的底层库和程序

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Android 的底层库和程序

 第一部分底层库和程序的结构

 第二部分标准 C/C++ 库 bionic

 第三部分 C 语言底层库 libcutils

 第四部分 Init 进程

 第五部分 Shell 工具

 第六部分 C++ 工具库 libutils

 第七部分 Android 的系统进程

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第一部分软件的结构

1.1 本地实现底层的结构

1.2 增加本地程序和库的方法

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1.1 本地实现底层的结构

Android 的本地实现层次具有基本的库和程序。这些库和程序是 Android 基本系统运行的基础。

主要包含了以下的内容：

 C 语言底层库 libcutils

 Init 进程

 Shell 工具

 C++ 工具库 libutils

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1.2 增加本地程序和库的方法

Android 中增加本地的程序或者库，这些程序和库与它们所在的路径没有关系，只和它们的 Android.mk 文件有关系。

Android.mk 具有统一的写法，主要包含了一些系统公共的宏。

选项参考以下文件：

build/core/config.mk

默认的值在以下文件中定义：

build/core/base_rules.mk

在一个 Android.mk 中也可以生成多

个可执行程序、动态库或者静态库。

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1.2 增加本地程序和库的方法

可执行程序的 Android.mk ：

# Test Exe

LOCAL_PATH:= $(call my-dir) include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES:= \ main.c

LOCAL_MODULE:= test_exe

#LOCAL_C_INCLUDES :=

#LOCAL_STATIC_LIBRARIES :=

#LOCAL_SHARED_LIBRARIES :=

include $(BUILD_EXECUTABLE)

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1.2 增加本地程序和库的方法

# Test Static lib

LOCAL_PATH:= $(call my-dir) include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES:= \ helloworld.c

LOCAL_MODULE:= libtest_static

#LOCAL_C_INCLUDES :=

#LOCAL_STATIC_LIBRARIES :=

#LOCAL_SHARED_LIBRARIES :=

include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

静态库（归档文件）的 Android.mk ：

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1.2 增加本地程序和库的方法

# Test shared lib

LOCAL_PATH:= $(call my-dir) include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES:= \ helloworld.c

LOCAL_MODULE:= libtest_shared TARGET_PRELINK_MODULE := false

#LOCAL_C_INCLUDES :=

#LOCAL_STATIC_LIBRARIES :=

#LOCAL_SHARED_LIBRARIES :=

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

动态库（共享库）的 Android.mk ：

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1.2 增加本地程序和库的方法

可执行程序、动态库和静态库生成的女表分别在以下的文件夹中：

out/target/product/generic/obj/EXECUTABLE

out/target/product/generic/obj/STATIC_LIBRARY out/target/product/generic/obj/SHARED_LIBRARY

其目标的文件夹分别为：

XXX_intermediates

XXX_shared_intermediates XXX_static_intermediates

对于可执行程序和动态库，生成的 LINK 子目录中的包含带有符号的库（没有经过 strip ）。

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1.2 增加本地程序和库的方法

编译模板的区别如下所示：

目标的模板：可执行程序，动态库，静态库

include $(BUILD_EXECUTABLE)

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

如果编译主机的：可执行程序，动态库，静态库

include $(BUILD_HOST_EXECUTABLE)

include $(BUILD_HOST_SHARED_LIBRARY)

include $(BUILD_HOST_STATIC_LIBRARY)

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1.2 增加本地程序和库的方法

安装路径的问题

LOCAL_MODULE_PATH 和 LOCAL_UNSTRIPPED_PATH 增加以下可以安装到不同的文件系统：

LOCAL_MODULE_PATH := $(TARGET_ROOT_OUT)

LOCAL_UNSTRIPPED_PATH := $(TARGET_ROOT_OUT_UNSTRIPPED)

文件系统的选择：

TARGET_ROOT_OUT ：

表示根文件系统 out/target/product/generic/root

TARGET_OUT ：

表示 system 文件系统 out/target/product/generic/system

TARGET_OUT_DATA

：

表示 data 文件系统 out/target/product/generic/data

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1.2 增加本地程序和库的方法

进行安装工作的 Android.mk ：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir) include $(CLEAR_VARS)

copy_from := \ A.txt \

B.txt

copy_to := $(addprefix $(TARGET_OUT)/txt/,$(copy_from))

$(copy_to) : PRIVATE_MODULE := txt

$(copy_to) : $(TARGET_OUT)/txt/% : $(LOCAL_PATH)/% | $(ACP)

$(transform-prebuilt-to-target) ALL_PREBUILT = $(copy_to)

# create some directories

DIRS := $(addprefix $(TARGET_OUT)/, \ txt \

$(DIRS):

@echo Directory: $@

@mkdir -p $@

1. 创建路径：

system/txt

2. 在其中安装：

A.txt

和

B.txt

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第二部分标准 C/C++ 库 bionic

bionic 提供 C/C++ 标准库的功能，它是一个专为嵌入式系统设计的轻量级标准库实现。

bionic 的源码和头文件在以下的目录中：

bionic/

相对传统的标准库实现，如 glibc ， bionic 的体积和内存占用更小。 bionic 支持标准 C/C++ 库的绝大部分功能，支持数学库，以及 NPTL 线程库。它还实现了自己的 Linker 以及 Loader ，用于动态库的创建和加载。

bionic 加入了一些 Android 独有的功能，比如 log 的底层支持。另外它还实现了一套 property 系统，这是整个 Android 的全局变量的存储区域， bionic 使用共享内存的方式来实现维护 property 系统。

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第三部分 C 语言底层库 libcutils

C 语言底层库提供了 C 语言中最基本的工具功能。这是 Android 本地中最为基础的库，基本上 Android 中所有的本地的库和程序都连接了这个库。

头文件的路径：

system/core/include/cutils

库的路径

system/core/libcutils

编译的结果是：

libcutils.so

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第三部分 C 语言底层库 libcutils

libcutil 中主要的头文件：

threads.h ：线程

sockets.h ： Android 的套接字 properties.h ： Android 的属性 log.h ： log 信息

array.h ：数组

ashmem.h ：匿名共享内存 atomic.h ：原子操作

mq.h ：消息队列

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第四部分 Init 进程

Android 启动后，系统执行的第一个进程是一个名称为 init 的可执行程序。提供了以下的功能：

 设备管理

 解析启动脚本

 执行基本的功能

 启动各种服务代码的路径：

system/core/init

编译的结果是一个可执行文件：

init

启动脚本的路径：

system/core/rootdir/init.rc

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第四部分 Init 进程

init 的可执行文件是系统运行的第一个用户空间的程序，它以守护进程的方式运行。

int main(int argc, char **argv) {

/* ... */

umask(0);

/* 创建文件系统的基本目录 */

open_devnull_stdio(); /* 打开 3个文件 */

log_init(); /* 初始化 log */

parse_config_file("/init.rc"); /* 处理初始化脚本 */

/* 获取比内核命令行参数 */

qemu_init();

import_kernel_cmdline(0);

/* 初始化驱动设备，创建文件系统节点 */

device_fd = device_init();

/* 属性相关处理和启动 logo */

/* 初始化 struct pollfd ufds[4];*/

for(;;) {

/* 进入循环，处理 ufds[4]的事件 */

nr = poll(ufds, fd_count, timeout);

if (nr <= 0) continue;

/* ... */

}

return 0;

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第四部分 Init 进程

init.rc 是在 init 启动后被执行的启动脚本，其语法包含了

Actions ， Triggers ， Services ， Options ， Comm ands ， Properties 等。_{on init}

export PATH /sbin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin mkdir /system

on property:ro.kernel.qemu=1 start adbd

service vold /system/bin/vold

socket vold stream 0660 root mount

使用方法参考

system/core/init/readme.txt, 关键

字参考

system/core/init/keyword.h

。

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第五部分 Shell 工具

Android 系统的启动后，提供了基本 shell 界面供开发调试使用。需要启动了一个名称为 console 的服务，实际上执行的程序：

/system/bin/sh

sh 代码的路径：

system/core/sh

toolbox 代码的路径：

system/core/toolbox

生成的文件 /system/bin/toolbox ，目标文件系统 /system/bin/ 中的具有一些符号将连接到 toolbox 上。

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第六部分 C++ 工具库 libutils

libutils 是 Android 的底层库，这个库以 C++ 实现，它提供的 API 也是 C++ 的。 Android 的层次的 C 语言程序和库，大都基于 libutils 开发。

头文件的路径：

frameworks/base/include/utils

库的路径

frameworks/base/libs/utils

编译的结果是：

libutils.so

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RefBase

-m_ptr

<<type>>

sp

+m_ptr() +m_refs()

<<type>>

wp Parcel

IBinder

+onTransact() +transact()

BBinder BpRefBase

+asBinder() +onAsBinder ()

IInterface

+queryLocalInterface() +getInterfaceDescriptor()

#onAsBinder()

<<type>>

BnInterface

+BpInterface()

#onAsBinder()

<<type>>

BpInterface

BpBinder ProcessState

IPCThreadState

+checkPermission() IPermissionController

+onTransact() BnPermissionController

+getHeapID() +getBase() +getSize() +getFlags()

IMemoryHeap

+onTransact() BnMemoryHeap

+getMemory() +fastPointer() +fastPointer() +size() +offset()

IMemory

+onTransact() BnMemory

+onTransact() +getMemory()

MemoryBase MemoryHeapBase

HeapInterface

MemoryHeapPmem

基础类部分应用类部分

AllocatorInterface

SharedHeap

+getService() +checkService() +addService() +listServices()

IServiceManager

+onTransact() BnServiceManager

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第六部分 C++ 工具库 libutils

Errors.h ：

定义宏表示错误代码 Endian.h ：

定义表示大小端的宏 misc.h ：

几个字符串和文件相关的功能函数 TextOutput.h ：

定义文本输出的基类 TextOutput BufferedTextOutput.h ：

类 BufferedTextOutput ，它是一个 TextOutput 的实现 Pipe.h ：

定义管道类 Pipe Buffer.h ：

定义内存缓冲区域的类 Buffer List.h ：

定义链表的模版类

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第六部分 C++ 工具库 libutils

SharedBuffer.h ：

定义类 SharedBuffer 表示共享内存。

String16.h ：

定义表示双字节字符串的类 String16 String8.h ：

定义表示单字节字符串的类 String8 ，并包含了从 String16 转换功能

VectorImpl.h ：

定义表示向量的类 VectorImpl Vector.h ：

定义继承 VectorImpl 的类模版 Vector SortedVector.h ：

定义排序向量的模版 SortedVector KeyedVector.h ：

定义使用关键字的向量模板 KeyedVector

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第六部分 C++ 工具库 libutils

threads.h ：

定义线程相关的类，包括线程 Thread 、互斥量 Mutex 、条件变量 Condition 、读写锁 ReadWriteLock 等

socket.h ：

定义套结字相关的类 Socket Timers.h ：

定义时间相关的函数和定时器类 DurationTimer 。

ZipEntry.h 、 ZipFileCRO.h 、 ZipFile.h 、 ZipFileRO.h 、 ZipUtils.h

：

与 zip 功能相关的类。

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第六部分 C++ 工具库 libutils

Binder 用于进程间的通讯（ IPC ），它的实现基础是运行与 kernel 空间的 binder 驱动。

RefBase

-m_ptr

<<type>>

sp

+m_ptr() +m_refs()

<<type>>

wp Parcel

IBinder

+onTransact() +transact()

BBinder BpRefBase

+asBinder() +onAsBinder ()

IInterface

+queryLocalInterface() +getInterfaceDescriptor()

#onAsBinder()

<<type>>

BnInterface

+BpInterface()

#onAsBinder()

<<type>>

BpInterface

BpBinder ProcessState

IPCThreadState RefBase.h

IBinder.h

Binder.h BpBinder.h Parcel.h

ProcessState.h

IPCThreadState.h

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第六部分 C++ 工具库 libutils

Binder驱动程序 Binder Adapter

(IPCThreadState .cpp, ProcessState .cpp) Binder 的核心部分

(BBinder àIBinderßBpBinder) Java Binder

框架

CPP Binder 框架 Binder JAVA 的

服务器/客户端

Binder C ++的服务器/客户端

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第六部分 C++ 工具库 libutils

RefBase.h :

引用计数，定义类 RefBase 。 Parcel.h :

为在 IPC 中传输的数据定义容器，定义类 Parcel IBinder.h ：

Binder 对象的抽象接口，定义类 IBinder Binder.h ：

Binder 对象的基本功能，定义类 Binder 和 BpRefBase BpBinder.h ：

BpBinder 的功能，定义类 BpBinder IInterface.h ：

为抽象经过 Binder 的接口定义通用类，

定义类 IInterface ，类模板 BnInterface ，类模板 BpInterface ProcessState.h

表示进程状态的类，定义类 ProcessState IPCThreadState.h

表示 IPC 线程的状态，定义类 IPCThreadState

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第六部分 C++ 工具库 libutils

某程序接口 ABC

IServiceManager

BnABC

（本地功能）

BpABC

（代理功能）

服务器的实现

（具体实现功能）客户端程序

注册服务

进程间通讯

获得接口ABC 调用接口

ABC

程序框架部分

②

①

进程1 进程2

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第六部分 C++ 工具库 libutils

参考 PermissionController 的实现，这个在

IPermissionController .h

IPermissionController.cpp

框架内定义接口 IPermissionController ，并且实现了 BpPermisionController 。

这个类的使用方式是：



实现类继承 BnPermissionController



调用者调用类 IPermissionController

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第六部分 C++ 工具库 libutils

class IPermissionController : public IInterface {

public:

DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController);

virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid) = 0;

enum {

CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION };

};

class BnPermissionController : public BnInterface<IPermissionController>

{

public:

virtual status_t onTransact( uint32_t code,

const Parcel& data, Parcel* reply,

uint32_t flags = 0);

};

IPermissionController .h

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第六部分 C++ 工具库 libutils

class BpPermissionController : public BpInterface<IPermissionController>

{

public:

BpPermissionController(const sp<IBinder>& impl) (

: BpInterface<IPermissionController>(impl) { } virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid) i

{

Parcel data, reply;

data.writeInterfaceToken(IPermissionController::

getInterfaceDescriptor());

data.writeString16(permission);

data.writeInt32(pid);

data.writeInt32(uid);

remote()->transact (CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply);

if (reply.readInt32() != 0) return 0;

return reply.readInt32() != 0;

} };

IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController,

"android.os.IPermissionController");

IPermissionController .cpp(1)

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第六部分 C++ 工具库 libutils

status_t BnPermissionController::onTransact(

uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) u

{

switch(code) {

case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: {

CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply);

String16 permission = data.readString16();

int32_t pid = data.readInt32();

int32_t uid = data.readInt32();

bool res = checkPermission(permission, pid, uid);

reply->writeInt32(0);

reply->writeInt32(res ? 1 : 0);

return NO_ERROR;

} break;

default:

return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);

} }

IPermissionController .cpp(2)

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第六部分 C++ 工具库 libutils

status_t BnPermissionController::onTransact(

uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) u

{

switch(code) {

case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: {

CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply);

String16 permission = data.readString16();

int32_t pid = data.readInt32();

int32_t uid = data.readInt32();

bool res = checkPermission(permission, pid, uid);

reply->writeInt32(0);

reply->writeInt32(res ? 1 : 0);

return NO_ERROR;

} break;

default:

return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);

} }

IPermissionController .cpp(2)

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第七部分 Android 的系统进程

Android 中几个重要系统进程为：

/init

/system/bin/servicemanager

，

/system/bin/mediaserver

system_server zygote

前面 init 分析章节提到 init 通过解析 init.rc ，启动对应的服务程序。 servicemanager ， zygote 和 mediaserver 都通过这种方式启

动。 system_server 则是通过 zygote 孵化出来。

这几个进程是 Android 系统运行的基础

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Android 的底层库和程序