Recovery系统的框架结构说明及常用的客制化修改流程

最新推荐文章于 2023-04-13 14:48:04 发布

残阳还是扎眼

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分类专栏： Recovery分析文章标签： android ota

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一、Recovery系统简介

Recovery模式指的是一种可以对安卓机内部的数据或系统进行修改的模式（类似于windows PE或DOS）。在这个模式下我们可以刷入新的Android系统，或者对已有的系统进行备份或升级，也可以在此模式下恢复出厂设置。系统进入recovery模式后会装载recovery分区，该分区包含recovery.img(与boot.img类似，也包含了标准的内核和根文件系统).进入该模式后主要就是运行了recovery服务(/sbin/recovery)。

二、Recovery系统的启动流程

2.1 进入Recovery系统的三种常见方法：

在关机情况下，同时按住电源（Power）+ 音量加（Vol +）键，直到出现Recovery界面为止。注：有的系统按键方式可能不同。
使用安卓辅助工具，如：刷机精灵、360手机助手等等。
使用adb命令reboot recovery启动。

2.2 从reboot启动到Recovery服务的流程

在Bootloader开始如果没有组合键按下，就从MISC分区读取BCB块的command字段（在主系统时已经将“boot-recovery”写入）。然后就以Recovery模式开始启动。与正常启动不同的是Recovery模式下加载的镜像是recovery.img。这个镜像同boot.img类似，也包含了标准的内核和根文件系统。其后就与正常的系统启动类似，也是启动内核，然后启动文件系统。在进入文件系统后会执行/init，init的配置文件在bootable/recovery/etc/init.rc。这个文件的主要作用就是：

设置环境变量。
建立etc连接。
新建目录，备用。
挂载/tmp为内存文件系统tmpfs
启动recovery（/sbin/recovery）服务。
启动adbd服务(用于调试)。

这里最重要的当然就是启动recovery服务了。
重启到recovery模式的流程图如下：

三、Recovery系统的框架结构

3.1 源码路径和主要原文件

在Android源码环境中，recovery的源码主要在bootable/recovery文件夹下，另外在device目录下，会根据各个设备定制自己的接口以及UI界面。
在bootable/recovery目录下，主要的源文件有：

LOCAL_SRC_FILES := \
    adb_install.cpp \ //设置usb驱动，升级系统
    asn1_decoder.cpp \ //解码asn1格式
    device.cpp \ //recovery的头部显示和列表项，和通过make_device方法实现一个device设备
    fuse_sdcard_provider.cpp \ //加载升级文件升级
    recovery.cpp \ //会最先执行recovery.cpp中的main方法，及清除data等方法
    roots.cpp \ //进行进行分区挂载操作
    rotate_logs.cpp \ //mstar添加的文件
    screen_ui.cpp \ //界面的绘制文件，初始化UI等
    ui.cpp \ //初始化输入设备，如初始化按键，背光等
    verifier.cpp \ //签名验证的功能实现方法
    wear_ui.cpp \ // 继承于ScreenRecoveryUI的UI
    wear_touch.cpp \ //界面的触摸事件响应

该部分代码在编译后，会统一输出到 out/recovery/root/目录；

3.2 Recovery模式的三个部分

Recovery的工作需要整个软件平台的配合，从通信架构上来看，主要有三个部分。

MainSystem：即上面提到的正常启动模式（BCB中无命令情况），是引导boot.img启动的系统，Android的正常工作模式。更新时，在这种模式下的操作就是往 /cache/recovery/command 文件中写入ota升级命令及包存放路径。在重启进入Recovery模式之前，会向BCB中写入命令，以便在重启后告诉bootloader进入Recovery模式。
Recovery：系统进入Recovery模式后会装载Recovery分区，该分区包含recovery.img。进入该模式后主要是运行Recovery服务（/sbin/recovery）来做相应的操作（重启、升级update.zip、擦除cache分区等）。
Bootloader：除了正常的加载启动系统之外，还会通过读取MISC分区（BCB）获得来至Main system和Recovery的消息。

3.3 Recovery模式的两个通信接口

在Recovery服务中上述的三个实体之间的通信是必不可少的，他们相互之间又有以下两个通信接口。

3.3.1 通过CACHE分区中的三个文件通信

Recovery通过/cache/recovery/目录下的三个文件与mian system通信。具体如下

/cache/recovery/command：这个文件保存着Main system传给Recovery的命令行，每一行就是一条命令，下表给出一些常用的命令及其含义：

命令	取值	含义
send_intent	字符串	Recovery结束后将字符串写到这里，然后写入/cache/recovery/intent，比如升级结果
update_package	路径	安装OTA升级包的路径
wipe_data	无	擦除userdata以及cache，然后重启
wipe_cache	无	擦除cache，然后重启
set_encrypted_filesystem	on	off
just_exit	无	退出和重启

/cache/recovery/last_log：Recovery模式在工作中的log打印。在recovery服务运行过程中，stdout以及stderr会重定位到/tmp/recovery.log在recovery退出之前会将其转存到/cache/recovery/last_log中，供查看。
/cache/recovery/intent：Recovery传递给Main system的信息。列如反馈升级是否成功。

3.3.2 通过BCB（Bootloader Control Block）通信

BCB是bootloader与Recovery的通信接口，也是Bootloader与Main system之间的通信接口。存储在flash中的MISC分区，占用三个page，其本身就是一个结构体，具体成员以及各成员含义如下：

struct bootloader_message{
   
	char command[32];
	char status[32];
	char recovery[1024];
};

command成员：其可能的取值我们在上文已经分析过了，即当我们想要在重启进入Recovery模式时，Main System会将boot-recovery命令写入。另外在退出Recovery时，会清除这个成员的值，防止重启时再次进入Recovery模式。
status：在完成相应的更新后，Bootloader会将执行结果写入到这个字段。
recovery：可被Main System写入，也可被Recovery服务程序写入。该文件的内容格式为：

“recovery\n
<recovery command>\n
<recovery command>”

该文件存储的就是一个字符串，必须以recovery\n开头，否则这个字段的所有内容域会被忽略。“recovery\n”之后的部分，是/cache/recovery/command支持的命令。可以将其理解为Recovery操作过程中对命令操作的备份。Recovery对其操作的过程为：先读取BCB的recovery字段然后读取/cache/recovery /command，然后将二者重新写回BCB的recovery字段，这样在进入Main system之前，确保操作被执行。在操作之后进入Main system之前，Recovery又会清空BCB的command域和recovery域，这样确保重启后不再进入Recovery模式。

注意！这里比较容易弄混淆的点：
BCB中的command和/cache/recovery/command的内容不等价，且不同类型。

BCB中的command：决定了bootloader该去引导启动android系统还是recovery系统
BCB中的recovery：这个字段就是操作命令的备份，此处内容和/cache/recovery/command内容是等价的。

Recovery系统的三个部分和两个通信接口的示意图如下：
RecoverySketchMap (1).png

四、Recovery的主要源码分析

在进入文件系统后会执行bootable/recovery/etc/init.rc，在init.rc中下面代码可知，进入recovery模式后会执行sbin/recovery,此文件是bootable/recovery.cpp生成的（查看Android.mk可知），所以recovery.cpp是recovery模式的入口。

service recovery /sbin/recovery
    seclabel u:r:recovery:s0

因为recovery.cpp的main函数太长了，这里分块分析recovery的主要源码，其实在main函数中主要做了下面几件事情：

设置adb进程。
log重定向到recovery.log。
装载分区表，填充fstab结构体。
读取控制参数。
加载语言显示。
加载UI模型。
死循环prompt_and_wait，等待操作；
退出recovery模式

recovery.cpp的main方法执行的流程图大概如下：

4.1 设置adb进程

在recovery的main方法中首先判断命令行参数是否为–adbd，如果有则执行minadbd_main函数，这样是为了方便使用adb sideload命令，如果参数为-adbd的话，那么它会变成精简版adbd，只支持sideload命令。

if (argc == 2 && strcmp(argv[1], "--adbd") == 0) {
   
        minadbd_main();
        return 0;
    }

4.2 输出log重定向到recovery.log

重定向标准输出和标准出错log到/tmp/recovery.log这个文件里，这个文件是临时log文件，在recovery模式finish的时候会将这个文件里面的log保存到/cache/recovery/last_log中。为了方便调试，可以将临时log重定位到控制台输出，修改参数：static const char ``*TEMPORARY_LOG_FILE = ``"/dev/console"``;

redirect_stdio(TEMPORARY_LOG_FILE);

4.3 装载分区表

之后会调用roots.cpp文件中的load_volume_table()方法来初始化并装载recovery的分区表到fstab结构体中，load_volume_table()方法如下：

roots.cpp

void load_volume_table()
{
   
    int i;
    int ret;

    //加载分区表到fstab，具体就是去加载/etc/recovery.fstab这个文件，是Vold进程中的函数
    fstab = fs_mgr_read_fstab_default();
    if (!fstab) {
   
        LOG(ERROR) << "failed to read default fstab";
        return;
    }

    //将对应的信息加入到一条链表中
    ret = fs_mgr_add_entry(fstab, "/tmp", "ramdisk", "ramdisk");
    //如果load到的分区表为空，则做释放操作
    if (ret < 0 ) {
   
        LOG(ERROR) << "failed to add /tmp entry to fstab";
        fs_mgr_free_fstab(fstab);
        fstab = NULL;
        return;
    }

    //打印分区表信息，这类信息在recovery启动的时候在log中可以看到，具体形式如下：
    //编号|  挂载节点|  文件系统类型|  块设备|  长度
    printf("recovery filesystem table\n");
    printf("=========================\n");
    for (i = 0; i < fstab->num_entries; ++i) {
   
        Volume* v = &fstab->recs[i];
        printf("  %d %s %s %s %lld\n", i, v->mount_point, v->fs_type,
               v->blk_device, v->length);
    }
    printf("\n");
}

上面提到的Vold进程是在kernel初始化的时候启动的，所有的热插拔设备都是通过Vold 进程挂载的，Vold的入口是/system/vold/main.cpp文件的main函数，fs_mgr_read_fstab_default()方法就是去解析/etc/recovery.fstab这个文件，上面具体log如下：

0 /vendor ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/vendor 0
[ 12.959471] 1 /system ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/system 0
[ 12.959476] 2 /system ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/system 0
[ 12.959491] 3 /data ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/userdata 0
[ 12.959496] 4 /cache ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/cache 0
[ 12.959501] 5 /vendor ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/vendor 0
[ 12.959506] 6 /tvservice ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/tvservice 0
[ 12.959511] 7 /tvconfig ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/tvconfig 0
[ 12.959517] 8 /tvdatabase ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/tvdatabase 0
[ 12.959522] 9 /tvcustomer ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/tvcustomer 0
[ 12.959527] 10 /tvcertificate ext4 /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/tvcertificate 0
[ 12.959532] 11 /boot1 emmc /dev/block/mmcblk0boot0 0
[ 12.959537] 12 /boot2 emmc /dev/block/mmcblk0boot1 0
[ 12.959542] 13 /MBOOT emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/MBOOT 0
[ 12.959547] 14 /MPOOL emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/MPOOL 0
[ 12.959552] 15 /misc emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/misc 0
[ 12.959556] 16 /recovery emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/recovery 0
[ 12.959561] 17 /boot emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/boot 0
[ 12.959566] 18 /tee emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/tee 0
[ 12.959571] 19 /RTPM emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/RTPM 0
[ 12.959576] 20 /dtb emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/dtb 0
[ 12.959581] 21 /optee emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/optee 0
[ 12.959586] 22 /armfw emmc /dev/block/platform/mstar_mci.0/by-name/armfw 0
[ 12.959591] 23 auto auto /devices/platform/mstar_fcie* 0
[ 12.959595] 24 auto auto /devices/platform/mstar_sdio* 0
[ 12.959600] 25 auto auto /devices/Mstar-ehci* 0
[ 12.959605] 26 auto auto /devices/Mstar-xhci* 0
[ 12.959610] 27 /tmp ramdisk ramdisk 0

挂载完相应的分区以后，就需要获取命令参数，因为只有挂载了对应的分区，才能访问到记录操作命令的/cache/recovery/command这个文件及BCB块，如果分区都没找到，那么当然就找不到分区上的文件，挂载分区这个步骤是至关重要的。

//从上面建立的分区表信息中读取是否有cache分区，因为log等重要信息都存在cache分区里
has_cache = volume_for_path(CACHE_ROOT) != nullptr;

// MStar Android Patch Begin
    if(has_cache){
   
        //mstar添加的确定是否有cache分区的方法
        ensure_path_mounted(CACHE_ROOT);
    }
// MStar Android Patch End

4.4 读取控制参数

在main方法中通过get_args方法获取启动参数。

//从传入的参数或/cache/recovery/command文件中得到相应的命令
std::vector<std::string> args = get_args(argc, argv);

recovery和bootloader要通过/misc才能相互通信，对应的信息数据结构体为bootloader_message；get_args(argc,argv)方法如下：

struct bootloader_message{
   
    char command[32];//bootloader 启动时读取改数据，决定是否进入recovery模式
    char status[32];//由bootloader进行更新，标识升级的结果；
    char recovery[768];//recovery要执行的命令，recovery从中读取信息；
    char stage[32]; // 恢复字段，它仅用于存储恢复命令行
    char reserved[1148]; // 保留字段
};

static std::vector<std::string> get_args(const int argc, char** const argv) {
   
  CHECK_GT(argc, 0);

  bootloader_message boot = {
   };//参数结构体
  std::string err;
  if (!read_bootloader_message(&boot, &err)) {
    // 从BCB中获取参数，这里有可能是为空的情况。
    LOG(ERROR) << err;
    // If fails, leave a zeroed bootloader_message.
    boot = {
   };
  }

  ...
  
  // 将启动recovery时的参数放入args，这里至少有一个/sbin/recovery元素
  std::vector<std::string> args(argv, argv + argc);
  
  // 去解析recovery字段的值，然后写入到args中
  if (args.size() == 1) {
   
    boot.recovery[sizeof(boot.recovery) - 1] = '\0';  // Ensure termination
    std::string boot_recovery(boot.recovery);
    std::vector<std::string> tokens = android::base::Split(boot_recovery, "\n");
    if (!tokens.empty() && tokens[0] == "recovery") {
   
      for (auto it = tokens.begin() + 1; it != tokens.end(); it++) {
   
        // Skip empty and '\0'-filled tokens.
        if (!it->empty() && (*it)[0] != '\0') args.push_back(std::move(*it));
      }
      LOG(INFO) << "Got " << args.size() << " arguments from boot message";
    } else if (boot.recovery[0] != 0) {
   
      LOG(ERROR) << "Bad boot message: \"" << boot_recovery << "\"";
    }
  }
    
  // 如果上述情况为空，则从/cache/recovery/command获取参数，其中COMMAND_FILE=/cache/recovery/command
  if (args.size() == 1 && has_cache) {
   
    std::string content;
    if (ensure_path_mounted(COMMAND_FILE) == 0 &&
        android::base::ReadFileToString(COMMAND_FILE, &content)) {
   
      std::vector<std::string> tokens = android::base::Split(content, "\n");
      // All the arguments in COMMAND_FILE are needed (unlike the BCB message,
      // COMMAND_FILE doesn't use filename as the first argument).
      for (auto it = tokens.begin(); it != tokens.end(); it++) {
   
        // Skip empty and '\0'-filled tokens.
        if (!it->empty() && (*it)[0] != '\0') args.push_back(std::move(*it));
      }
      LOG(INFO) << "Got " << args.size() << " arguments from " << COMMAND_FILE;
    }
  }

  //将启动参数写入到BCB块的recovery字段中
  std::vector<std::string> options(args.cbegin() + 1, args.cend());
  if (!update_bootloader_message(options, &err)) {
   
    LOG(ERROR) << "Failed to set BCB message: " << err;
  }

  return args;
}

get_args()函数的主要作用是建立recovery的启动参数，如果系统启动recovery时已经传递了启动参数，那么这个函数只是把启动参数的内容复制到函数的参数boot对象中，否则函数会首先从/misc分区中获取命令字符串来构建启动参数。如果/misc分区下没有内容，则尝试打开/cache/recovery/command文件并读取文件的内容来建立启动参数。从这个函数我们可以看到，更新系统最简单的方式是把更新命令写到/cache/recovery/command文件中。
get_args()函数的结尾调用了update_bootloader_message()函数，函数的作用是把启动参数的信息又保存到了/misc分区的BCB的recovery字段，以及给command字段添加boot-recovery命令。这样做的目的是防止升级过程中发生崩溃，这样重启后仍然可以从/misc分区中读取更新的命令，继续进行更新操作。这也是为什么get_args()函数要从几个地方读取启动参数的原因。
之后通过while循环解析获取到的参数，并把对应的功能设置为true或者给相应的变量赋值获取到对应的命令，后面会根据变量来执行对应的操作。

    while ((arg = getopt_long(args_to_parse.size(), args_to_parse.data(), "", OPTIONS,
                              &option_index)) != -1) {
   
        switch (arg) {
   
        case 'n': android::base::ParseInt(optarg, &retry_count, 0); break;
        case 'u': update_package = optarg; break;
        case 'w': should_wipe_data = true; break;
        case 'c': should_wipe_cache = true; break;
        case 't': show_text = true; break;
        case 's': sideload = true; break;
        case 'a': sideload = true; sideload_auto_reboot = true; break;
        case 'x': just_exit = true; break;
        case 'l': locale = optarg; break;
        case 'p': shutdown_after = true; break;
        case 'r': reason = optarg; break;
        case 'e': security_update = true; break;
        case 0: {
   
            std::string option = OPTIONS[option_index].name;
            if (option == "wipe_ab") {
   
                should_wipe_ab = true;
            } else if (option == "wipe_package_size") {
   
                android::base::ParseUint(optarg, &wipe_package_size);
            } else if (option == "prompt_and_wipe_data") {
   
                should_prompt_and_wipe_data = true;
            }
            break;
        }
        // MStar Android Patch Begin
        case 'd': dev_uuid = optarg; break;
        case 'b': dev_label= optarg; break;
        // MStar Android Patch Begin
        case '?':
            LOG(ERROR) << "Invalid command argument";
            continue;
        }
    }

4.5 加载显示语言

这个方法就是去判断/cache/recovery/last_locale文件是否存在，如果存在就读取里面的值，获取到的内容关系到显示那个国家的语言，如果没有获取到locale就使用默认的语言，848中的默认语言是英语。

if (locale.empty()) {
   
        if (has_cache) {
   
            locale = load_locale_from_cache();
        }

        if (locale.empty()) {
   
            locale = DEFAULT_LOCALE;
        }
    }

4.6 加载UI模式

加载UI界面的流程大概有下面几步：

新建一个Device类的对象；
调用Device类的GetUI()返回一个RecoveryUI对象，这里应该返回的是ScreenRecoveryUI，ScreenRecoveryUI继承于RecoveryUI；
调用Init()初始化UI；
调用RecoveryUi的init方法去设置国家语言，然后初始化输入设备，并创建一个线程用于监听输入事件；
调用minui库的gr_init方法初始化图形显示,主要是打开设备、分配内存、初始化一些参数；
通过LoadBitmap()加载png图片生成surface对象
创建一个子线程更新progress进度条；
调用SetBackground方法设置背景图片；

Recovery中显示UI界面的framebuffer使用的是minui库，该库在网上也能查到相应的方法说明，下面会有详细介绍。

4.6.1 在main方法中

这里主要做了这几件事情：

新建一个device设备；
获取到UI；
调用UI的Init方法进行初始化；
设置背景；

	Device* device = make_device();//新建一个Device设备
    if (android::base::GetBoolProperty("ro.boot.quiescent", false)) {
   
        //如果是静态UI模式则进入这里
        printf("Quiescent recovery mode.\n");
        ui = new StubRecoveryUI();
    } else {
   
        ui = device

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