Android应用安装过程

Android 系统源码源码-应用安装过程

Android 中应用安装的过程就是解析 AndroidManifest.xml 的过程，系统可以从 Manifest 中得到应用程序的相关信息，比如 Activity、Service、Broadcast Receiver 和 ContentProvider 等。这些工作都是由 PackageManageService 负责的，也就是所谓的 PMS. 它跟 AMS 一样都是一种远程的服务，并且都是在系统启动 SystemServer 的时候启动的。下面我们通过源代码来分析下这个过程。

1、启动 PMS 的过程

系统在启动 SystemServer 的过程会启动 PMS，系统的启动过程可以参考下面这篇文章学习，

Android 系统源码-1：Android 系统启动流程源码分析

在启动 SystemServer 的时候会调用 startBootstrapServices() 方法启动引导服务。PMS 就是在这个方法中启动的，

    private void startBootstrapServices() {// ...mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();// ...}

可以看出，系统是通过调用 PMS 的 main 方法来将其启动起来的。其 main 方法会先实例化一个 PMS 对象，然后调用 ServiceManager 的静态方法将其注册到 ServiceManager 中进行管理。

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

当我们需要使用 PMS 解析 APK 的时候就会从 ServiceManager 中获取。

在 PMS 的构造方法中有许多工作要完成。一个 APK 安装的主要分成下面几个步骤，

1. 拷贝文件到指定的目录：默认情况下，用户安装的 APK 首先会被拷贝到 /data/app 目录下，/data/app 目录是用户有权限访问的目录，在安装 APK 的时候会自动选择该目录存放用户安装的文件，而系统的 APK 文件则被放到了 /system 分区下，包括 /system/app，/system/vendor/app，以及 /system/priv-app 等等，该分区只有 ROOT 权限的用户才能访问，这也就是为什么在没有 Root 手机之前，我们没法删除系统出场的 APP 的原因了。
2. 解压缩 APK，拷贝文件，创建应用的数据目录：为了加快 APP 的启动速度，APK 在安装的时候，会首先将 APP 的可执行文件 dex 拷贝到 /data/dalvik-cache 目录，缓存起来。然后，在 /data/data/ 目录下创建应用程序的数据目录 (以应用的包名命名)，存放在应用的相关数据，如数据库、XML 文件、Cache、二进制的 so 动态库等。
3. 解析 APK 的 AndroidManifest.xml 文件。

    public PackageManagerService(Context context, Installer installer,boolean factoryTest, boolean onlyCore) {// ....synchronized (mInstallLock) {synchronized (mPackages) {// Expose private service for system components to use.LocalServices.addService(PackageManagerInternal.class, new PackageManagerInternalImpl());sUserManager = new UserManagerService(context, this,new UserDataPreparer(mInsstaller, mInstallLock, mContext, mOnlyCore), mPackages);mPermissionManager = PermissionManagerService.create(context,new DefaultPermissionGrantedCallback() {@Overridepublic void onDefaultRuntimePermissionsGranted(int userId) {synchronized(mPackages) {mSettings.onDefaultRuntimePermissionsGrantedLPr(userId);}}}, mPackages /*externalLock*/);mDefaultPermissionPolicy = mPermissionManager.getDefaultPermissionGrantPolicy();mSettings = new Settings(mPermissionManager.getPermissionSettings(), mPackages);}}// ...mPackageDexOptimizer = new PackageDexOptimizer(installer, mInstallLock, context, "*dexopt*");DexManager.Listener dexManagerListener = DexLogger.getListener(this, installer, mInstallLock);mDexManager = new DexManager(mContext, this, mPackageDexOptimizer, installer, mInstallLock, dexManagerListener);mArtManagerService = new ArtManagerService(mContext, this, installer, mInstallLock);// ...synchronized (mInstallLock) {synchronized (mPackages) {// 创建消息mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND, true /*allowIo*/);mHandlerThread.start();mHandler = new PackageHandler(mHandlerThread.getLooper());// ...// 扫描各个目录获取 APK 文件：VENDOR_OVERLAY_DIR           // framework 文件夹：frameworkDir// 系统文件夹：privilegedAppDir systemAppDir// 供应商的包：Environment.getVendorDirectory()// 原始设备制造商的包 ：Environment.getOdmDirectory()// 原始设计商的包：Environment.getOdmDirectory()// 原始产品的包：// ....mInstallerService = new PackageInstallerService(context, this);final Pair<ComponentName, String> instantAppResolverComponent = getInstantAppResolverLPr();if (instantAppResolverComponent != null) {mInstantAppResolverConnection = new InstantAppResolverConnection(mContext, instantAppResolverComponent.first,instantAppResolverComponent.second);mInstantAppResolverSettingsComponent =getInstantAppResolverSettingsLPr(instantAppResolverComponent.first);} else {mInstantAppResolverConnection = null;mInstantAppResolverSettingsComponent = null;}updateInstantAppInstallerLocked(null);final Map<Integer, List<PackageInfo>> userPackages = new HashMap<>();final int[] currentUserIds = UserManagerService.getInstance().getUserIds();for (int userId : currentUserIds) {userPackages.put(userId, getInstalledPackages(/*flags*/ 0, userId).getList());}mDexManager.load(userPackages);} // synchronized (mPackages)} // synchronized (mInstallLock)// ....}

在构造方法中会扫描多个目录来获取 APK 文件，上述注释中我们已经给出了这些目录，及其获取的方式。当扫描一个路径的时候会使用 scanDirLI() 方法来完成扫描工作。

    private void scanDirLI(File scanDir, int parseFlags, int scanFlags, long currentTime) {final File[] files = scanDir.listFiles();if (ArrayUtils.isEmpty(files)) {return;}try (ParallelPackageParser parallelPackageParser = new ParallelPackageParser(mSeparateProcesses, mOnlyCore, mMetrics, mCacheDir, mParallelPackageParserCallback)) {int fileCount = 0;for (File file : files) {final boolean isPackage = (isApkFile(file) || file.isDirectory())&& !PackageInstallerService.isStageName(file.getName());if (!isPackage) {continue;}// 提交文件用来解析parallelPackageParser.submit(file, parseFlags);fileCount++;}for (; fileCount > 0; fileCount--) {// 获取解析的结果，即从队列阻塞队列中获取解析的结果ParallelPackageParser.ParseResult parseResult = parallelPackageParser.take();// ...if (throwable == null) {// TODO(toddke): move lower in the scan chain// Static shared libraries have synthetic package namesif (parseResult.pkg.applicationInfo.isStaticSharedLibrary()) {renameStaticSharedLibraryPackage(parseResult.pkg);}try {if (errorCode == PackageManager.INSTALL_SUCCEEDED) {scanPackageChildLI(parseResult.pkg, parseFlags, scanFlags, currentTime, null);}} catch (PackageManagerException e) {errorCode = e.error;}}// 。。。}}}

从上面的代码中可以看出，提交文件来解析以及获取解析都是通过 ParallelPackageParser 来完成的。它使用 submit() 方法来提交文件用来解析，使用 take() 方法获取解析的结果。这两个方法的定义如下，

    public void submit(File scanFile, int parseFlags) {mService.submit(() -> {ParseResult pr = new ParseResult();try {PackageParser pp = new PackageParser();pp.setSeparateProcesses(mSeparateProcesses);pp.setOnlyCoreApps(mOnlyCore);pp.setDisplayMetrics(mMetrics);pp.setCacheDir(mCacheDir);pp.setCallback(mPackageParserCallback);pr.scanFile = scanFile;pr.pkg = parsePackage(pp, scanFile, parseFlags);} catch (Throwable e) {pr.throwable = e;}try {mQueue.put(pr);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();mInterruptedInThread = Thread.currentThread().getName();}});}public ParseResult take() {try {if (mInterruptedInThread != null) {throw new InterruptedException("Interrupted in " + mInterruptedInThread);}return mQueue.take();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();throw new IllegalStateException(e);}}

submit() 方法使用一个线程池来执行任务，也就是上面的 mService。它会将要解析的信息封装成 PackageParser 对象，然后把解析的结果信息封装成 ParseResult 放进一个阻塞队列中。当调用 take() 方法的时候会从该阻塞队列中获取解析的结果。

包信息的解析最终是通过 PackageParser 的 parsePackage() 方法来完成的。其定义如下，

    public Package parsePackage(File packageFile, int flags, boolean useCaches)throws PackageParserException {Package parsed = useCaches ? getCachedResult(packageFile, flags) : null;if (parsed != null) {return parsed;}long parseTime = LOG_PARSE_TIMINGS ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;if (packageFile.isDirectory()) {parsed = parseClusterPackage(packageFile, flags);} else {// 是文件，所以走这条路线parsed = parseMonolithicPackage(packageFile, flags);}long cacheTime = LOG_PARSE_TIMINGS ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;cacheResult(packageFile, flags, parsed);return parsed;}

我们会在这方法中进入到 parseMonolithicPackage() 来对文件进行解析。

    public Package parseMonolithicPackage(File apkFile, int flags) throws PackageParserException {final PackageLite lite = parseMonolithicPackageLite(apkFile, flags);final SplitAssetLoader assetLoader = new DefaultSplitAssetLoader(lite, flags);try {// 解析final Package pkg = parseBaseApk(apkFile, assetLoader.getBaseAssetManager(), flags);pkg.setCodePath(apkFile.getCanonicalPath());pkg.setUse32bitAbi(lite.use32bitAbi);return pkg;} catch (IOException e) {throw new PackageParserException(INSTALL_PARSE_FAILED_UNEXPECTED_EXCEPTION);} finally {IoUtils.closeQuietly(assetLoader);}}

在这个方法中会使用 parseBaseApk() 来对 APK 文件进行解析，

    private Package parseBaseApk(File apkFile, AssetManager assets, int flags)throws PackageParserException {final String apkPath = apkFile.getAbsolutePath();String volumeUuid = null;if (apkPath.startsWith(MNT_EXPAND)) {final int end = apkPath.indexOf('/', MNT_EXPAND.length());volumeUuid = apkPath.substring(MNT_EXPAND.length(), end);}mParseError = PackageManager.INSTALL_SUCCEEDED;mArchiveSourcePath = apkFile.getAbsolutePath();XmlResourceParser parser = null;try {final int cookie = assets.findCookieForPath(apkPath);// 读取 AndroidManifest.xmlparser = assets.openXmlResourceParser(cookie, ANDROID_MANIFEST_FILENAME);final Resources res = new Resources(assets, mMetrics, null);final String[] outError = new String[1];// 在这里进一步解析 Manifest 的各种信息final Package pkg = parseBaseApk(apkPath, res, parser, flags, outError);pkg.setVolumeUuid(volumeUuid);pkg.setApplicationVolumeUuid(volumeUuid);pkg.setBaseCodePath(apkPath);pkg.setSigningDetails(SigningDetails.UNKNOWN);return pkg;} catch (PackageParserException e) {throw e;} catch (Exception e) {throw new PackageParserException(INSTALL_PARSE_FAILED_UNEXPECTED_EXCEPTION);} finally {IoUtils.closeQuietly(parser);}}

这里的 ANDROID_MANIFEST_FILENAME 是一个字符串，这个字符串的定义是 AndroidManifest.xml，所以，我们找到了解析 Manifest 的地方。

然后方法会进入到 parseBaseApk() 方法中进一步对 Manifest 进行解析。其读取操作就是基本的 XML 解析的过程。它会使用内部定义的字符串常量从 Manifest 中获取应用的版本还有四大组件等信息。

解析完了 APK 之后会一路经过 return 语句返回到 scanDirLI() 方法中，当从阻塞队列中取出 Package 之后将会调用 scanPackageChildLI() 在该方法中会将解析的出的 APK 信息缓存到 PMS 中。

这样，在系统启动之后 PMS 就解析了全部的 APK 文件，并将其缓存到了 PMS 中。这样这些应用程序还无法展示给用户，所以需要 Launcher 桌面程序从 PMS 中获取安装包信息并展示到桌面上。

2、应用安装的过程

虽然 PMS 用来负责应用的安装和卸载，但是真实的工作却是交给 installd 来实现的。 installd 是在系统启动的时候，由 init 进程解析 init.rc 文件创建的。在早期版本的 Android 中，它使用 Socket 与 Java 层的 Installer 进行通信。在 9.0 的代码中，它使用 Binder 与 Java 层的 Installer 进行通信。当启动 Installd 的时候，将会调用其 main 方法，

int main(const int argc, char *argv[]) {return android::installd::installd_main(argc, argv);
}static int installd_main(const int argc ATTRIBUTE_UNUSED, char *argv[]) {int ret;int selinux_enabled = (is_selinux_enabled() > 0);setenv("ANDROID_LOG_TAGS", "*:v", 1);android::base::InitLogging(argv);SLOGI("installd firing up");union selinux_callback cb;cb.func_log = log_callback;selinux_set_callback(SELINUX_CB_LOG, cb);// 初始化全局信息if (!initialize_globals()) {exit(1);}// 初始化相关目录if (initialize_directories() < 0) {exit(1);}if (selinux_enabled && selinux_status_open(true) < 0) {exit(1);}if ((ret = InstalldNativeService::start()) != android::OK) {exit(1);}// 加入到 Binder 线程池当中IPCThreadState::self()->joinThreadPool();LOG(INFO) << "installd shutting down";return 0;
}

在启动 Installd 的时候会初始化各种相关的目录，这部分内容就不展开了。然后，它会调用 IPCThreadState::self()->joinThreadPool() 一行来将当前线程池加入到 Binder 线程池当中等待通信。

当 Java 层的 Installer 需要与之通信的时候，会调用 connect() 方法与之建立联系。其源码如下，这里会通过 ServiceManager 获取 installd 服务，然后将其转换成本地的服务进行 IPC 的调用。

    private void connect() {// 获取远程服务 IBinder binder = ServiceManager.getService("installd");if (binder != null) {try {binder.linkToDeath(new DeathRecipient() {@Overridepublic void binderDied() {connect();}}, 0);} catch (RemoteException e) {binder = null;}}if (binder != null) {// 转成本地服务进行 IPC 调用mInstalld = IInstalld.Stub.asInterface(binder);try {invalidateMounts();} catch (InstallerException ignored) {}} else {// 重连BackgroundThread.getHandler().postDelayed(() -> {connect();}, DateUtils.SECOND_IN_MILLIS);}}

Installer 与 PMC 类似，也是一种系统服务，它的启动的时刻与 PMS 基本一致，位于同一个方法中，并且其启动时刻位于 PMS 之前。

2、从 ADB 安装的过程

另外
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