PackageInstaller 原理简述

PackageInstaller 原理简述

应用安装是智能机的主要特点，即用户可以把各种应用（如游戏等）安装到手机上，并可以对其进行卸载等管理操作。APK是Android Package的缩写，即Android安装包。APK是类似Symbian Sis或Sisx的文件格式。通过将APK文件直接传到Android模拟器或Android手机中执行即可安装。

Android应用安装有如下四种方式
1. 系统应用安装――开机时完成，没有安装界面
2. 网络下载应用安装――通过market应用完成，没有安装界面
3. ADB工具安装――没有安装界面。
4. 第三方应用安装――通过SD卡里的APK文件安装，有安装界面，由packageinstaller.apk应用处理安装及卸载过程的界面。
应用安装的流程及路径
应用安装涉及到如下几个目录：
system/app 系统自带的应用程序，无法删除
data/app 用户程序安装的目录，有删除权限。
安装时把apk文件复制到此目录
data/data 存放应用程序的数据
Data/dalvik-cache 将apk中的dex文件安装到dalvik-cache目录下(dex文件是dalvik虚拟机的可执行文件,其大小约为原始apk文件大小的四分之一)

安装过程：复制APK安装包到data/app目录下，解压并扫描安装包，把dex文件(Dalvik字节码)保存到dalvik-cache目录，并data/data目录下创建对应的应用数据目录。
卸载过程：删除安装过程中在上述三个目录下创建的文件及目录。

一、系统应用安装：
PackageManager Service处理各种应用的安装，卸载，管理等工作，开机时由systemServer启动此服务
(源文件路径：android/frameworks/base/services/java/com/android/server/ PackageManagerService.java)


PackageManager Service服务启动的流程：
1. 首先扫描安装“system/framework”目录下的jar包
1. scanDirLI(mFrameworkDir, PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM,
scanMode | SCAN_NO_DEX);


2.第二步扫描安装“system/app”目录下的各个系统应用
scanDirLI(mSystemAppDir, PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM, scanMode);

3.第三步扫描“data/app”目录，即用户安装的第三方应用
scanDirLI(mAppInstallDir, 0, scanMode);

4.第四步扫描" data/app-private"目录，即安装DRM保护的APK文件（目前没有遇到过此类的应用）。
scanDirLI(mDrmAppPrivateInstallDir, 0, scanMode | SCAN_FORWARD_LOCKED);

安装应用的过程
1.scanDirLI(File dir, int flags, int scanMode) 遍历安装指定目录下的文件

2.scanPackageLI(File scanFile,
File destCodeFile, File destResourceFile, int parseFlags,
int scanMode) 安装package文件

3.scanPackageLI(
File scanFile, File destCodeFile, File destResourceFile,
PackageParser.Package pkg, int parseFlags, int scanMode)
通过解析安装包parsePackage获取到安装包的信息结构

4.mInstaller.install(pkgName, pkg.applicationInfo.uid,
pkg.applicationInfo.uid); 实现文件复制的安装过程
（源文件路径：frameworks/base/cmds/installd/installd.install）

二、从market上下载应用：
Google Market应用需要使用gmail账户登录才可以使用，选择某一应用后，开始下载安装包，此过程中，在手机的信号区有进度条提示，下载完成后，会自动调用Packagemanager的接口安装，调用接口如下：
public void installPackage(final Uri packageURI, final IPackageInstallObserver observer, final int flags)
final Uri packageURI：文件下载完成后保存的路径
final IPackageInstallObserver observer：处理返回的安装结果
final int flags：安装的参数，从market上下载的应用，安装参数为-r (replace)
installPackage接口函数的安装过程：
1.public void installPackage(
final Uri packageURI, final IPackageInstallObserver observer, final int flags,
final String installerPackageName)
final String installerPackageName:安装完成后此名称保存在settings里，一般为null,不是关键参数
2.File tmpPackageFile = copyTempInstallFile(packageURI, res);
把apk文件复制到临时目录下的临时文件
3.private void installPackageLI(Uri pPackageURI,
int pFlags, boolean newInstall, String installerPackageName,
File tmpPackageFile, PackageInstalledInfo res)
解析临时文件，获取应用包名pkgName = PackageParser.parsePackageName(
tmpPackageFile.getAbsolutePath(), 0);
4.判断如果带有参数INSTALL_REPLACE_EXISTING，则调用replacePackageLI(pkgName,
tmpPackageFile,
destFilePath, destPackageFile, destResourceFile,
pkg, forwardLocked, newInstall, installerPackageName,
res)
5.如果没有，则调用installNewPackageLI(pkgName,
tmpPackageFile,
destFilePath, destPackageFile, destResourceFile,
pkg, forwardLocked, newInstall, installerPackageName,
res);
6.private PackageParser.Package scanPackageLI(
File scanFile, File destCodeFile, File destResourceFile,
PackageParser.Package pkg, int parseFlags, int scanMode)
scanPackageLI以后的流程，与开机时的应用安装流程相同。
三、从ADB工具安装
Android Debug Bridge (adb) 是SDK自带的管理设备的工具，通过ADB命令行的方式也可以为手机或模拟器安装应用，其入口函数源文件为pm.java
(源文件路径：android/frameworks/base/cmds/pm/src/com/android/commands/pm/pm.java)
ADB命令行的形式为adb install <path_to_apk> ,还可以带安装参数如："-l" "-r" "-i" "-t"
函数runInstall()中判断参数
"-l"――INSTALL_FORWARD_LOCK
"-r"—— INSTALL_REPLACE_EXISTING
"-i" ——installerPackageName
"-t"——INSTALL_ALLOW_TEST
我们常用的参数为-r，表示覆盖安装手机上已安装的同名应用。从market上下载的应用，也是直接传入这个参数安装的。
runInstall与market调用同样的接口完成应用安装。
public void installPackage(android.net.Uri packageURI, android.content.pm.IPackageInstallObserver observer, int flags, java.lang.String installerPackageName)
四、第三方应用安装――通过SD卡里的APK文件安装
把APK安装包保存在SD卡中，从手机里访问SD卡中的APK安装包，点击就可以启动安装界面，系统应用Packageinstaller.apk处理这种方式下的安装及卸载界面流程，如下图：

PackageInstallerActivity负责解析包，判断是否是可用的Apk文件
创建临时安装文件/data/data/com.android.packageinstaller/files/ApiDemos.apk
并启动安装确认界面startInstallConfirm，列出解析得到的该应用基本信息。如果手机上已安装有同名应用，则需要用户确认是否要替换安装。
确认安装后，启动InstallAppProgress，调用安装接口完成安装。
pm.installPackage(mPackageURI, observer, installFlags);
其它：
1. PackageManagerService.java的内部类AppDirObserver实现了监听app目录的功能：当把某个APK拖到app目录下时，可以直接调用scanPackageLI完成安装。
2.手机数据区目录“data/system/packages.xml”文件中，包含了手机上所有已安装应用的基本信息，如安装路径，申请的permission等信息。

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PackageManagerService注记

PackageManagerService的方法大致可以分成这样几类,
1)从apk, xml中载入pacakge信息, 存储到内部成员变量中, 用于后面的查找. 关键的方法是scanPackageLI().
2)各种查询操作, 包括query Intent操作.
3)install package和delete package的操作. 关键的方法是installPackageLI().
4)其它操作, 包括permission, signature, freeStorage等等.

首先看看PacakgeManagerService用到的几个重要的支撑类, 然后罗列几个PackageManagerService的几个关键内部数据成员变量. 最后注记几个关键流程.

PackageManagerService用到了几个重要的支撑类:

PackageParser, 这个类主要用于解析apk, 分析其AndroidManifest.xml得到package的各种信息. 前已有注记文章,此不赘述. 特别的PackageParser.Package这个类用于容纳解析出的信息.

PackageManagerService.Settings, 用于容纳当前有效的package信息, 它是动态的. 例如, user id, shareUser, permission, signature以及origPackage(也就是mRenamedPackages)相关信息. 所谓的install package就包括从要安装的package中抽取信息更新PackageManagerService.Settings中的内容. 特别的, Settings针对shareUser和origPackage做了特别的关照. 另外, 为了加速启动速度, Settings的内容会写入到/data/system/packages.xml, packages-backup.xml, 和packages.list中, 下次启动时会直接载入.

Installer, 这个类协助安装过程, 更多的是将针对文件/路径的操作放到了c/cpp实现. 真正的工作是是由installd承担的, Installer只是通过named socket "installd"连接installd, 使用简单的cmd-respond协议指挥installd完成工作. 在其'install'命令中可以看到, 其实只是创建了/data/data/<pkgName>目录而已.

PackageManagerService中的几个关键成员变量:


// (pkgName => Package), package is the one installed.

final HashMap<String, PackageParser.Package> mPackages =

new HashMap<String, PackageParser.Package>();



// current package settings info, such as userid, origPackage

// , shareUser, permission, signature, etc

final Settings mSettings;



// (system uid => permission), permissions read from /system/etc/permissions/<files> are stored here.

// especially /system/etc/permissions/platform.xml

final SparseArray<HashSet<String>> mSystemPermissions =

new SparseArray<HashSet<String>>();



//(pkgName => sharedLib), corresponding to <library> tag

final HashMap<String, String> mSharedLibraries =

new HashMap<String, String>();



// All available activities, for resolving intent

final ActivityIntentResolver mActivities =

new ActivityIntentResolver();



// All available receivers, for resolving intent

final ActivityIntentResolver mReceivers =

new ActivityIntentResolver();



// All available services, for resolving intent

final ServiceIntentResolver mServices =

new ServiceIntentResolver();


几个关键流程,

初始化过程
--------------

PackageManagerService由SystemServer在创建ActivityManagerService后调用main创建, 是单实例的.


Slog.i(TAG, "Power Manager");

power = new PowerManagerService();

ServiceManager.addService(Context.POWER_SERVICE, power);



Slog.i(TAG, "Activity Manager");

context = ActivityManagerService.main(factoryTest);



Slog.i(TAG, "Telephony Registry");

ServiceManager.addService("telephony.registry", new TelephonyRegistry(context));



AttributeCache.init(context);



Slog.i(TAG, "Package Manager");

pm = PackageManagerService.main(context,

factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_OFF);



ActivityManagerService.setSystemProcess();



mContentResolver = context.getContentResolver();

在构造函数中, PackageManagerService会做这些工作,

1)启动自己的handlerThread, 生成自己的mHandler.
2)从/system/etc/permissions/的所有xml文件中, 尤其是platform.xml, 读入systemPermissions. 这些是系统默认的permission配置.
3)扫描/system/framework/, /system/app/, /data/app/, 和/data/app-private/下的apk文件, 收集package各种信息, 更新到内部成员变量中. 这些将在PackageManagerService执行各种功能时用到. 尤其是query intent.

更详尽的笔记,
PackageManagerService
mHandlerThread.start();

mHandler = new PackageHandler(mHandlerThread.getLooper());

readPermissions();

mRestoredSettings = mSettings.readLP();

--/system/framework/
scanDirLI(mFrameworkDir, PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM| PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR, scanMode | SCAN_NO_DEX);

--/system/app/
scanDirLI(mSystemAppDir, PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR, scanMode);

--Prune any system packages that no longer exist.

--clean up any incomplete package installations

--delete tmp files

--/data/app/
scanDirLI(mAppInstallDir, 0, scanMode);

--/data/app-private/
scanDirLI(mDrmAppPrivateInstallDir, PackageParser.PARSE_FORWARD_LOCK, scanMode);

mSettings.writeLP();

private PackageParser.Package scanPackageLI(File scanFile, int parseFlags, int scanMode)
PackageParser pp = new PackageParser(scanPath);

pkg = pp.parsePackage(scanFile, scanPath, mMetrics, parseFlags);

collectCertificatesLI(pp, ps, pkg, scanFile, parseFlags)

setApplicationInfoPaths(pkg, codePath, resPath);

scanPackageLI(pkg, parseFlags, scanMode | SCAN_UPDATE_SIGNATURE);
--set mAndroidApplication and mResolveActivity to'Android' package

--Check all shared libraries and map to their actual file path.

--check pkg.usesLibraries are contained in mSharedLibraries.

--fill in pkg.usesLibraryFiles according to pkg.usesLibraries and pkg.usesOptionalLibraries

--check pkg.reqFeatures in mAvailableFeatures

--if not in mSettings, create one ShareUserSettings and insert into mSettings.

--Check and note if we are renaming from an original package name

pkgSetting = mSettings.getPackageLP(pkg, origPackage, realName, suid, destCodeFile, destResourceFile, pkg.applicationInfo.flags, true, false);

verifySignaturesLP(pkgSetting, pkg);

--Verify that this new package doesn't have any content providers that conflict with existing packages.

--get data dir. if not exists, install or create the data dir. if exists but uid not correct, reinstall.

--Perform shared library installation and dex validation and optimization, if this is not a system app.

--Request the ActivityManager to kill the process(only for existing packages)

mSettings.insertPackageSettingLP(pkgSetting, pkg); --Add the new setting to mSettings

mPackages.put(pkg.applicationInfo.packageName, pkg);

--set mProvidersByComponent and mProviders according to pkg.providers

--set mServices according to pkg.services

--set mReceivers according to pkg.receivers

--set mActivites according to pkg.activities

--set mPermissionGroups according to pkg.permissionGroups

--set mSettings.mPermissionTrees or mSettings.mPermissions according to pkg.permissions

--set mInstrumentation according to pkg.instrumentation

--set mProtectedBroadcasts according to pkg.protectedBroadcasts


install package过程
--------------

install package的入口是installPackage(). install package通常是个耗时的过程, 因此会使用到android的handler机制.
首先, 参数封装成INIT_COPY message, 发到handlerThread.
handlerThread收到message后, 将参数排队到mPendingInstalls中. 随后,MCS_BOUND流程将会处理这个队列, 执行安装.
MCS_BOUND的整个安装流程借助了几个InstallParams和InstallArgs完成其中的参数和安装结果的传递. 最终会调用processPendingInstall(), 进而调用到install过程的核心 installPackageLI().
installPackageLI()的复杂性很大程度上是考虑了1)新安装还是升级情况, 2)origPackage情况

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PackageParser和AndroidManifest.xml注记

apk包中的AndroidManifest.xml文件包含了package的各种描述信息. 分析和获取这些信息的工作是由PackageParser完成的. 这里简述之. 首先我们先罗列AndroidManifest.xml文件的简要结构, 其次在大致整理PackageParser的逻辑.

AndroidManifest.xml的简要结构
====================================
AndroidManifest.xml的内容在frameworks/base/core/res/res/values/attrs_manifest.xml中定义. 这里简要罗列, 按照层进关系, xml element用 "tagName, Name"的形式标记, 对于某些xml element的重要属性(attribute), 用"attr NAME"标记.

AndridManifest.xml
manifest, AndroidManifest
attr versionCode
attr versionName
attr sharedUserId
attr sharedUserLabel
attr installLocation

permission, AndroidManifestPermission
attr name, label, icon
attr permissionGroup
attr protectionLevel

permission-group, AndroidManifestPermissionGroup
attr name, label, icon

permission-tree, AndroidManifestPermissionTree
attr name, label, icon

uses-sdk, AndroidManifestUsesSdk

uses-permission, AndroidManifestUsesPermission
attr name

uses-configuration, AndroidManifestUsesConfiguration
attr reqTouchScreen
attr requKeyboardType
attr reqHardKeyboard
attr reqNavigation
attr reqFiveWayNav

application, AndroidManifestApplication
attr name, label, icon
attr permission
attr process
attr taskAffinity
attr persistent

service, AndroidManifestService
attr name, label, icon
attr permission
attr process
attr enabled
attr exported

receiver, AndroidManifestReceiver
attr name, label, icon
attr permission
attr process
attr enabled
attr exported

provider, AndroidManifestProvider
attr name, label, icon
attr process, authorities, syncable
attr readPermission, writePermission, grantUriPermissions
attr permission
attr mulitprocess
attr enabled
attr exported
grant-uri-permission, AndroidManifestGrantUriPermission
attr path, pathPrefix, pathPattern

path-permission, AndroidManifestPathPermission
attr path, pathPrefix, pathPattern
attr permission, readPermission, writePermission

activity, AndroidManifestActivity
attr name, label, icon
attr theme, launchMode, screenOrientation
attr configChanges, permission, multiprocess
attr process, taskAffinity, allowTaskReparenting
attr finishOnTaskLaunch, finishOnCloseSystemDialogs
attr clearTaskOnLauch, noHistory
attr alwaysRetainTaskState, stateNotNeeded
attr excludeFromRecents
attr enabled, exported
attr windowSoftInputMode

activity-alias, AndroidManifestActivityAlias
attr name, label, icon
attr targetActivity
attr permission
attr enabled, exported

uses-library, AndroidManifestUsesLibrary
attr name
attr required

instrumentation, AnroidManifestInstrumentation
attr name, label, icon
attr targetPackage, handleProfiling
attr functionalTest

uses-feature, AndroidManifestUsesFeature
attr glEsVersion
attr name
attr required

supports-screens, AndroidManifestSupportsScreens
attr smallScreens, normalScreens, largeScreens
attr resizeable, anyDensity

protected-broadcast, AndroidManifestProtectedBroadcast
attr name

adopt-permissions, AndroidManifestOriginalPackage
attr name

还有几个特别的xml element, 可以有多个parent element.
application
activity, receiver, provider, service
permission, permissionGroup
instrumentation
meta-data, AndroidManifestMetaData
attr name, value, resource

activity, receiver, service
intent-filter, AndroidManifestIntentFilter
attr label, icon, priority

action, AndroidManifestAction
attr name

data, AndroidManifestData
attr mimeType, scheme, host
attr port, path, pathPrefix
attr pathPattern

category, AndroidManifestCategory
attr name

intent, Intent
attr action, data, mimeType
attr targetPackage, targetClass

category, IntentCategory
attr name

extra, Extra
attr name, value


PackageParser的逻辑
====================================
PackageParser的parsePackage()方法会读取apk包中的AndroidManifest.xml文件, 调用各子par***XX()方法, 解析出包信息. 同时, PackageParser定义了一些class, 容纳这些解析得到的信息. 下面是对应的关系.

class xml elements
------------- --------------------------------------
Package package
Permission permission, permission-tree
PermissionGroup permission-group
Activity activity, activity-alias, receiver
Service service
Provider provider
Instrumentation instrumentation
ActivityIntentInfo intent-filter @ activity or receiver
ServiceIntentInfo intent-filter @ service

PacakgeParser的结果主要被PackageManagerService使用