Android应用管理一 -- APK包的安装、卸载和优化（PackageManagerService）

最新推荐文章于 2024-10-12 14:28:41 发布

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#Android #优化 #application

Android应用管理主要由PackageManagerService完成，包括安装、卸载、优化和查询APK包。系统启动时，PackageManagerService扫描APK和Jar文件，将信息存入内存，并进行必要的优化。它提供查询、安装和卸载服务，管理system和普通应用。系统应用不能直接删除，但可以通过安装高版本覆盖。PackageManagerService涉及包的解析、权限管理、数据存储等多个方面，安装流程包括文件解析、签名验证、数据目录创建等步骤。

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Android的应用管理主要是通过PackageManagerService来完成的。PackageManagerService服务负责各种APK包的安装、卸载、优化和查询。

PackageManagerService在启动时会扫描所有的APK文件和Jar包，然后把他们的信息读取出来，保存在内存中，这样系统在运行时就能迅速找到各种应用和组件的信息。扫描过程中如果遇到没有优化的文件，还要执行转换工作，将app文件从dex格式转换为oat格式（Android5.0之前是转换为odex格式）。

启动后，PackageManagerService将提供安装包的信息查询服务以及应用的安装和卸载服务。Android5.x，/data/app目录或者/system/app目录下存放的是以应用名称命名的目录，在这个目录下存放的是apk文件和一个lib目录，lib目录存放的是应用的so文件。

Android中的应用可以简单的分为两大类：系统应用和普通应用。

系统应用是指位于/system/app或者/system/priv-app目录下的应用。priv-app目录中存放的是一些系统底层应用，如setting，systemui等。/system/app存放的则是系统级的应用，如Phone、Contacts等。在PackageManagerService中，所有的system应用包括这两个目录下的应用，而所谓的private应用特指priv-app目录下的应用。

普通应用：用户安装的应用，位于目录/data/app下。普通应用还可以安装在SD卡上，系统应用不可以。

通常情况下，系统应用是不能删除的，但是可以升级。升级的方法是安装一个包名相同，但是具有更高版本号的应用在/data/app目录下。对于系统中的这种升级情况，Android会在/data/system/packages.xml文件中用标签<update-package>记录被覆盖的系统应用的信息。如果在升级过程中，如果出现与原始包名不同的应用，最后会改成原始包名，Android会在packages.xml文件中用标签<rename-package>记录这种改名的情况。

系统目录/data/dalvik-cache下保存的是大部分的apk文件和jar包的odex版本。odex是一种优化过的格式，执行速度比apk文件的dex格式更快。

每个应用都有保存数据的目录，位于/data/data/<包名>/目录下。其中数据目录下常见的两个子目录：shared_prefs目录中保存的是应用的设置文件，database保存的是应用的数据库文件。

一、了解PackageManagerService

在应用中如果使用PackageManagerService服务，通常调用的是Context的getPackageManager()方法，这个方法返回的是PackageManager对象，注意Context是一个抽象类，ContextImpl类继承了Context，方法如下：

    @Override
    public PackageManager getPackageManager() {
        if (mPackageManager != null) {
            return mPackageManager;
        }

        IPackageManager pm = ActivityThread.getPackageManager();
        if (pm != null) {
            // Doesn't matter if we make more than one instance.
            return (mPackageManager = new ApplicationPackageManager(this, pm));
        }

        return null;
    }

从getPackageManager()方法的代码中可以看到它返回的PackageManager对象实际上是一个ApplicationPackageManager对象，这个对象创建时使用了IPackageManager对象作为参数。IPackageManager对象是一个PackageManagerService的引用对象。因此，ApplicationPackageManager对象就是PackageManagerService的代理对象。ApplicationPackageManager类继承自PackageManager类。PackageManager类中定义了应用可以操作PackageManagerService的接口。ActivityThread类的getPackageManager()方法代码如下：

    public static IPackageManager getPackageManager() {
        if (sPackageManager != null) {
            //Slog.v("PackageManager", "returning cur default = " + sPackageManager);
            return sPackageManager;
        }
        IBinder b = ServiceManager.getService("package");
        //Slog.v("PackageManager", "default service binder = " + b);
        sPackageManager = IPackageManager.Stub.asInterface(b);
        //Slog.v("PackageManager", "default service = " + sPackageManager);
        return sPackageManager;
    }

PackageManagerService的两个重要成员变量mInstallerService和mInstller与应用安装有密切关系。mInstallerService是类PackageInstallerService的实例对象，一个应用的安装过程比较长，Android5.0中新增加了PackageInstallerService来管理应用的安装过程。另一个成员变量mInstaller是类Installer的实例对象，它也有一个名为mInstaller的成员变量，其类型是InstallerConnection，而InstallerConnection中存在着和Deamon进程Installd通信的Socket命令通道。实际上系统中进行apk文件格式转换、建立数据目录等工作最后都是由installd进程来完成的。这些对象之间的关系如下图所示。

1、理解packages.xml和Settings类

这里先看一下Settings这个类，这个类用来保存和PackageManagerService相关的一些设置，它所保存的内容在解析应用时会用到。那么Settings中保存的值是从哪里来的？作用又是什么呢？我们先看一下Settings的构造方法，代码如下：

    Settings(Context context) {
        this(context, Environment.getDataDirectory());//获取用户数据目录：/data
    }

    Settings(Context context, File dataDir) {
        mSystemDir = new File(dataDir, "system");
        mSystemDir.mkdirs();//在data目录下创建system目录:/data/system
        FileUtils.setPermissions(mSystemDir.toString(),
                FileUtils.S_IRWXU|FileUtils.S_IRWXG
                |FileUtils.S_IROTH|FileUtils.S_IXOTH,
                -1, -1);//设置目录的属性为0775
        mSettingsFilename = new File(mSystemDir, "packages.xml");//data/system/packages.xml
        mBackupSettingsFilename = new File(mSystemDir, "packages-backup.xml");
        mPackageListFilename = new File(mSystemDir, "packages.list");
        FileUtils.setPermissions(mPackageListFilename, 0640, SYSTEM_UID, PACKAGE_INFO_GID);

        // Deprecated: Needed for migration
        mStoppedPackagesFilename = new File(mSystemDir, "packages-stopped.xml");
        mBackupStoppedPackagesFilename = new File(mSystemDir, "packages-stopped-backup.xml");
    }

如下是Android N 的构造方法：

    Settings(File dataDir, Object lock) {
        mLock = lock;

        mRuntimePermissionsPersistence = new RuntimePermissionPersistence(mLock);

        mSystemDir = new File(dataDir, "system");
        mSystemDir.mkdirs();
        FileUtils.setPermissions(mSystemDir.toString(),
                FileUtils.S_IRWXU|FileUtils.S_IRWXG
                |FileUtils.S_IROTH|FileUtils.S_IXOTH,
                -1, -1);
        mSettingsFilename = new File(mSystemDir, "packages.xml");
        mBackupSettingsFilename = new File(mSystemDir, "packages-backup.xml");
        mPackageListFilename = new File(mSystemDir, "packages.list");
        FileUtils.setPermissions(mPackageListFilename, 0640, SYSTEM_UID, PACKAGE_INFO_GID);

        final File kernelDir = new File("/config/sdcardfs");
        mKernelMappingFilename = kernelDir.exists() ? kernelDir : null;

        // Deprecated: Needed for migration
        mStoppedPackagesFilename = new File(mSystemDir, "packages-stopped.xml");
        mBackupStoppedPackagesFilename = new File(mSystemDir, "packages-stopped-backup.xml");
    }

Settings的构造方法会创建data目录下的system目录，这个目录用来保存很多系统文件。主要的工作是创建了5个位于目录/data/system下的File对象，分别是：

packages.xml：记录系统中所有安装的应用信息，包括基本信息、签名和权限。
packages-backup.xml：packages.xml文件的备份。
packages.list：保存普通应用的数据目录和uid等信息。
packages-stopped.xml：记录系统中被强制停止运行的应用信息。系统在强制停止某个应用时，会将应用的信息记录到该文件中。
packages-stopped-backup.xml：pacakges-stopped.xml文件的备份。

这5个文件中packages-backup.xml和packages-stopped-backup.xml是备份文件。当Android对文件packages.xml和packages-stopped.xml写之前，会先把他们备份，如果写文件成功了，再把备份文件删除。如果写的时候出问题了，重启后再需要读取这两个文件时，如果发现备份文件存在，会使用备份文件的内容，因为原文件可能损坏了。

packages.xml是PackageManagerService启动时需要用的文件，先看下文件的内容：

    <package name="com.dianping.v1"
           codePath="/system/presetapp/BY_3RD_Dianping.apk"
           nativeLibraryPath="/data/app-lib/BY_3RD_Dianping" 
           primaryCpuAbi="armeabi-v7a" 
           flags="1621572" ft="14de3458a58" it="14de3458a58" ut="14de3458a58" 
           version="711" userId="10091">
        <sigs count="1">
            <cert index="5" key="3082025f308201c8a00......" />
        </sigs>
        <perms>
            <item name="android.permission.WRITE_SETTINGS" />
            <item name="android.permission.READ_SMS" />
            <item name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
            ......
        </perms>
        <proper-signing-keyset identifier="9" />
        <signing-keyset identifier="9" />
    </package>

上面是文件的一个片段，通过标签<package>记录了一个应用的基本信息，签名和申明的权限。

标签<package>中的属性name表示应用的包名，codePath表示apk文件的位置，nativeLibraryPath表示应用的native库的存储路径；flags表示应用的属性，如FLAG_SYSTEM等；it表示应用安装的时间；ut表示应用最后一次修改的时间；version表示应用的版本号；userId表示应用所属的用户ID。

便签<sigs>表示应用的签名，属性count表示标签中包含有多少个证书。cert表示具体的证书的值。

标签<perms>表示应用声明使用的权限，每个子标签<item>代表一项权限。

<package>标签解析后将保存在PackageSetting对象中。系统中实际运行的应用信息会通过标签<package>记录，被升级包覆盖的系统应用不通过<package>标签记录，而是通过<update-packages>标签记录。这两个标签的记录基本一致。这两个标签的应用信息都将保存在PackageSetting对象中。类PackageSetting的继承关系如图。

PackageSetting类继承了PackageSettingBase类，PackageSettingBase类又继承了GrantedPermissions类，应用的基本信息保存在PackageSettingBase类的成员变量中，申明的权限保存在GrantedPremissions类，签名则保持在SharedUserSetting类的成员变量signatures中。

类SharedUserSetting用来描述具有相同sharedUserId的应用信息，它的成员变量packages保存了所有具有相同sharedUserId的应用信息的引用。这些应用的签名是相同的，所以只需在成员变量signatures中保存一份。通过这个对象，Android运行时很容易检索到和某个应用拥有相同sharedUserId的其他应用。

标签<package>所标识的应用的PackageSetting对象都保存在Settings的成员变量mPackages中，标签<update-packages>所标识的系统应用的PackageSetting对象都保存在Settings的成员变量mDisabledSysPackages中，定义如下：

private final ArrayMap<String, PackageSetting> mPackages = new ArrayMap<String, PackageSetting>();

private final ArrayMap<String, PackageSetting> mDisabledSysPackages = new ArrayMap<String, PackageSetting>();

package.xml文件中除了标签<package>、<updated-package>，还有两个标签<cleaning-package>和<renamed-package>。Settings中解析这些标签的代码如下：

                if (tagName.equals("package")) {
                    readPackageLPw(parser);
                } else if (tagName.equals("permissions")) {
                    readPermissionsLPw(mPermissions, parser);
                } else if (tagName.equals("updated-package")) {
                    readDisabledSysPackageLPw(parser);
                } else if (tagName.equals("cleaning-package")) {
                    ......
                        addPackageToCleanLPw(new PackageCleanItem(userId, name, andCode));
                    }
                } else if (tagName.equals("renamed-package")) {
                   ......
                        mRenamedPackages.put(nname, oname);

标签<cleaning-package>用来记录哪些已经删除，但是数据目录还暂时保留的应用的信息。扫描后生成的对象是PackageCleanItem，放入mSettings的mPackagesToBeCleaned数组中管理。

    // Packages that have been uninstalled and still need their external
    // storage data deleted.
    final ArrayList<PackageCleanItem> mPackagesToBeCleaned = new ArrayList<PackageCleanItem>();

标签<renamed-package>记录了系统中改名应用的新旧包名，它记录的信息都保存到mSettings的mRenamedPackaged对象中，定义如下：

final ArrayMap<String, String> mRenamedPackages = new ArrayMap<String, String>();

2、服务的初始化过程

PackageManagerService也是在SystemServer中开始初始化的，代码如下：

mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
                mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);
......
try {
            mPackageManagerService.performBootDexOpt();
        } catch (Throwable e) {
            reportWtf("performing boot dexopt", e);
        }
......
try {
            mPackageManagerService.systemReady();
        } catch (Throwable e) {
            reportWtf("making Package Manager Service ready", e);
        }

SystemServer对PMS的初始化主要是通过上面代码完成的。首先看下PMS对象的创建，main()函数的代码如下：

    public static final PackageManagerService main(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
        PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,
                factoryTest, onlyCore);
        ServiceManager.addService("package", m);
        return m;
    }

main函数比较简单，只是创建PMS对象并在ServiceManager中注册。

PMS的构造方法主要完成两件事，第一是把系统中的apk文件和jar包从dex格式转换成ART的oat格式；第二是扫描系统中所有安装的应用，把他们的信息提取出来。

    public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
        EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_START,
                SystemClock.uptimeMillis());

        if (mSdkVersion <= 0) {//检查SDK版本
            Slog.w(TAG, "**** ro.build.version.sdk not set!");
        }

        Object bridgeObject;

        try {

            /*
             * load and create the security bridge：com.android.services.SecurityBridge.core.PackageManagerSB
             */
            bridgeObject = getClass().getClassLoader().loadClass(SECURITY_BRIDGE_NAME).newInstance();
            mSecurityBridge = (PackageManagerMonitor)bridgeObject;

        } catch (Exception e){
            Slog.w(TAG, "No security bridge jar found, using default");
            mSecurityBridge = new PackageManagerMonitor();
        }

        mContext = context;
        mFactoryTest = factoryTest;//设置运行模式。工厂模式是一种测试模式
        mOnlyCore = onlyCore;//onlyCore为true表示只处理系统的应用，通常为false
        mLazyDexOpt = "eng".equals(SystemProperties.get("ro.build.type"));
        mMetrics = new DisplayMetrics();//DisplayMetrics对象存储屏幕的显示信息
        mSettings = new Settings(context);//新创建一个settings对象
        mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.system", Process.SYSTEM_UID,
                ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PRIVILEGED);
        mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.phone", RADIO_UID,
                ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PRIVILEGED);
        mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.log", LOG_UID,
                ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PRIVILEGED);
        mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.nfc", NFC_UID,
                ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PRIVILEGED);
        mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.bluetooth", BLUETOOTH_UID,
                ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PRIVILEGED);
        mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.shell", SHELL_UID,
                ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PRIVILEGED);
        //上面添加SharedUserSetting对象到mSettings中，sharedUserId属性相同的包可以运行在同一个进程中，或者相互读取资源。这里添加了6中系统的uid：system、phone、log、nfc、Bluetooth、shell。
        // TODO: add a property to control this?
        long dexOptLRUThresholdInMinutes;
        if (mLazyDexOpt) {
            dexOptLRUThresholdInMinutes = 30; // only last 30 minutes of apps for eng builds.
        } else {
            dexOptLRUThresholdInMinutes = 7 * 24 * 60; // apps used in the 7 days for users.
        }
        mDexOptLRUThresholdInMills = dexOptLRUThresholdInMinutes * 60 * 1000;

        String separateProcesses = SystemProperties.get("debug.separate_processes");
        if (separateProcesses != null && separateProcesses.length() > 0) {
            if ("*".equals(separateProcesses)) {
                mDefParseFlags = PackageParser.PARSE_IGNORE_PROCESSES;
                mSeparateProcesses = null;
                Slog.w(TAG, "Running with debug.separate_processes: * (ALL)");
            } else {
                mDefParseFlags = 0;
                mSeparateProcesses = separateProcesses.split(",");
                Slog.w(TAG, "Running with debug.separate_processes: "
                        + separateProcesses);
            }
        } else {
            mDefParseFlags = 0;
            mSeparateProcesses = null;
        }

        mInstaller = installer;//应用安装器

        getDefaultDisplayMetrics(context, mMetrics);//设置DisplayMetrics对象
        //读取系统配置来初始化mGlobalGids、mSystemPermissions、mAvailableFeatures
        SystemConfig sy