Android 11.0 PackageManagerService（一）工作原理和启动流程

1. 概述

  PackageManagerService是Android系统核心服务之一，也是Android中最常用的服务之一。它主要负责的工作如下：

    1.  解析AndroidManifest.xml文件，解析清单文件中的所有节点信息。

    2.  扫描.apk文件，安装系统应用，本地应用等。

    3.  管理本地应用，主要有：安装、卸载、应用信息查询等。

2. 核心源码

/frameworks/base/core/java/android/app/ApplicationPackageManager.java
/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageDexOptimizer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/Installer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/Settings.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/permission/BasePermission.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/permission/DefaultPermissionGrantPolicy.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/permission/PermissionManagerService.java
/frameworks/base/core/java/android/content/pm/IPackageManager.aidl
/frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageManager.java
/frameworks/base/core/java/com/android/server/SystemConfig.java

3. PKMS架构

3.1 继承关系

客户端可通过context.getPackageManager()获得ApplicationPackageManager对象，而mPm指向的是Proxy代理，当调用到mPm的方法时，将会调用到IPackageManager的Proxy代理方法，然后通过Binder机制中的mRemote与服务端PackageManagerService通信，并调用到PackageManagerService的方法。因此，PKMS是属于Binder机制中的服务端角色。

3.2 启动过程

启动过程描述：

SystemServer启动PKMS：先是在SystemServer.startBootstrapServices()函数中启动PKMS服务，再调用startOtherServices()函数中对dex优化，磁盘管理功能，让PKMS进入SystemReady状态。

4. 启动过程

上文提到，PKMS服务由SystemServer进行启动。其启动过程具体由以下七步来完成。具体如下：

1. SystemServer启动Boot服务

调用startBootstrapServices()服务
(1) 启动Installer服务：mSystemServiceManager.startService(Installer.class);
(2) 获取设备是否加密(手机设置密码),如果设备加密了，则只解析"core"应用

String cryptState = VoldProperties.decrypt().orElse(""); 

(3) 调用PKMS.main()方法初始化PackageManagerService

PackageManagerService.main(mSystemContext,installer,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);       
PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,
                factoryTest, onlyCore); // 构造PackageManagerService对象
ServiceManager.addService("package",m); // 把实例化出来的PKMS丢给ServiceManager进行注册
final PackageManagerNative pmn = m.new PackageManagerNative(); // 构造PackageManagerNative对象
ServiceManager.addService("package_native", pmn); // 启动package_native服务

(4) 如果设备没有加密，操作它。管理A/B OTA dexopting

if (!mOnlyCore)  // 判断是否只是核心应用

2. SystemServer启动其他服务，并使一些核心服务处于ready状态
   调用startOtherServices()方法

(5) // 如果设备没有加密，执行performDexoptUpgrade，完成dexopt优化

mPackageManagerService.updatePackagesIfNeeded();   
该方法，作用：检查是否需要去更新Packages并进行dex优化。

条件：没有OTA升级，没有大版本升级，
          没有清除过dalvik虚拟机的缓存，可以去更新Packages。
更新Packages的优先级：core app > system app > other app,调用performDexOptUpgrade()方法进行更新

(6) mPackageManagerService.performFstrimIfNeeded(); // 执行performFstrimIfNeeded(),完成磁盘维护
(7) mPowerManagerService.systemReady(mActivityManagerService.getAppOpsService());// PackageManagerNative 准备就绪
     DefaultPermissionPolicy.grantDefaultPermissions(userId); // 启动之前授予默认所有权限

4.1.1 SystemServer.java startBootstrapServices()

说明：startBootstrapServices()首先启动Installer服务，也就是安装器，随后判断当前的设备是否是出于加密状态。如果是出于加密状态则只是解析核心应用，接着调用PackageManagerService的静态方法main来创建PKMS对象。

(1) 启动Installer对象

(2) 获取设备是否加密(手机设置密码)，如果设备加密了，则只解析"core"应用。

(3) 调用PKMS main方法初始化PackageManagerService，其中调用PackageManagerService()构造方法创建了PKMS对象。

(4) 如果设备没有加密，操作它。管理A/B OTA dexopting。

源码：

private void startBootstrapServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
        
		// （1）启动Installer服务
        // 阻塞等待installed完成启动，以便有机会创建具有适当权限的关键目录，
        // 如/data/user。我们需要在初始化其他服务之前完成此任务。
        Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);

		// 初始化AMS
        mActivityManagerService = ActivityManagerService.Lifecycle.startService(
                mSystemServiceManager, atm);
        mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
		// 我们需要在初始化其他服务之前完成此任务
        mActivityManagerService.setInstaller(installer);

        // Only run "core" apps if we're encrypting the device.
        // (2).获取设备是否加密
        // 如果设备加密了，则只解析 "core" 应用
        // mOnlyCore = true，后面会频繁使用该变量进行条件判断
        String cryptState = VoldProperties.decrypt().orElse("");
        if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) {
            Slog.w(TAG, "Detected encryption in progress - only parsing core apps");
            mOnlyCore = true;
        } else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) {
            Slog.w(TAG, "Device encrypted - only parsing core apps");
            mOnlyCore = true;
        }

       
		// (3) 调用PKMS的main方法，初始化PKMS
            mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
                    mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);
        
		// PKMS 是否是第一次启动
        mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();
        // 通过context.getPackageManager()来获得PackageManager对象
        mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();
        
        // (4) 如果设备没有加密，操作它。管理A/B OTA dexopting
        if (!mOnlyCore) {
            boolean disableOtaDexopt = SystemProperties.getBoolean("config.disable_otadexopt",
                    false);
            if (!disableOtaDexopt) {
                t.traceBegin("StartOtaDexOptService");
                try {
                    Watchdog.getInstance().pauseWatchingCurrentThread("moveab");
                    OtaDexoptService.main(mSystemContext, mPackageManagerService);
                } catch (Throwable e) {
                    reportWtf("starting OtaDexOptService", e);
                } finally {
                    Watchdog.getInstance().resumeWatchingCurrentThread("moveab");
                    t.traceEnd();
                }
            }
        }

    }

4.1.2 [SystemServer.java] startOtherServices()

说明：

(5) 执行updatePackageIfNeeded，完成dex优化

(6) 执行performFstrimIfNeeded，完成磁盘维护

(7) 调用systemReady，准备就绪

源码：

private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
        

        if (!mOnlyCore) {
            try {
                Watchdog.getInstance().pauseWatchingCurrentThread("dexopt");
				// (5) 如果设备没有加密，执行performDexoptUpgrade，完成dexopt优化
                mPackageManagerService.updatePackagesIfNeeded();
            } catch (Throwable e) {
                reportWtf("update packages", e);
            } finally {
                Watchdog.getInstance().resumeWatchingCurrentThread("dexopt");
            }
        }
       
        try {
			// (6) 执行performFstrim，完成磁盘维护
            mPackageManagerService.performFstrimIfNeeded();
        } catch (Throwable e) {
            reportWtf("performing fstrim", e);
        }
		// (7) PackageManagerService准备就绪
        mPackageManagerService.systemReady();
        
    }

我们重点分析一下第三步。也就是PKMS的main方法

4.1.3 [PackageManagerService.java] main()

main函数主要工作：

(1) 检查Package编译相关系统属性

(2) 调用PackageManagerService构造方法

(3) 启用部分应用服务于多用户场景

(4) 往ServiceManager中注册 "package" 和 "package_native'。

源码：

public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
        // Self-check for initial settings.
        // (1) 检查Package编译相关系统属性
        PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties();
        
		// (2) 构造PackageManagerService对象
        PackageManagerService m = new PackageManagerService(injector, onlyCore, factoryTest);
       
        // 基于用户类型，为所有用户安装/卸载系统应用
        m.installWhitelistedSystemPackages();
		// 向ServiceManager注册PKMS(启动package服务)
        ServiceManager.addService("package", m);
		// 构造PackageManagerNative对象
        final PackageManagerNative pmn = m.new PackageManagerNative();
		// 启动package_native服务
        ServiceManager.addService("package_native", pmn);
        return m;
    }

PKMS 初始化时的核心部分为PackageManagerService的构造函数的内容，现在我们来看一下该函数。

4.2 PKMS构造函数分析

此函数由两个重要的锁（mInstallLock和mLock）和五个阶段构成。在Android 10.0源码中是由(mInstallLock和mPackages)两个锁

mInstallLock、mLock：用来保护所有安装apk的访问权限，此操作通常涉及繁重的磁盘数据读写等操作。并且是单线程操作，所以有时候会处理很慢。此锁不会在已经持有了mLock锁的情况下加锁，反之，在已经持有mInstallLock锁的情况下，立即获得mLock是安全的。

mPackages（mLock）：用来解析内存中所有apk的package信息及相关状态。

PKMS服务也是通过Binder进行通信，IPackageManager.aidl由工具转换后自动生成Binder的服务端IPackageManager.Stub和客户端IPackageManager.Stub.Proxy。

Binder服务端：PackageManagerService继承自IPackageManager.Stub

Binder客户端：ApplicationPackageManager(简称APM)的成员变量mPm继承于IPackageManager.Stub.Proxy。本身APM继承与PackageManager对象。

如 3.1 中的继承关系图所示

5个阶段：

阶段一：BOOT_PROGRESS_PMS_START
阶段二：BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START
阶段三：BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START
阶段四：BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END
阶段五：BOOT_PROGRESS_PMS_READY

4.2.1 [PackageManagerService.java]

说明：IPackageManager.Stub是IPackageManager.aidl自动生成的，正好也说明了PKMS是service端的，通过binder交互

源码：

public class PackageManagerService extends IPackageManager.Stub
        implements PackageSender {
}

4.2.2 [PackageManagerService.java]   PackageManagerService()

说明：PackageManagerService构造函数

源码：

public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
        boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
        ...
        //阶段1：BOOT_PROGRESS_PMS_START
        EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_START,
                SystemClock.uptimeMillis());
 
        //阶段2：BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START