Android程序包管理机制解析和PMS启动流程分析

程序包管理包含三个部分内容：

• 提供一个能够根据intent匹配到具体的Activity、Provider、Service。即当应用程序调用startActivity(intent)时，能够把参数中指定的intent转换成一个具体的包含了程序包名称及具体Componment名称的信息，以便Java类加载器加载具体的Componment。

• 进行权限检查。即当应用程序调用某个需要一定权限的函数时，系统判断调用者是否具备该权限，从而保证系统的安全。

• 提供安装、删除应用程序的接口

一、包管理概述：

该框架分为三层，分别为程序应用层、Pms服务层及数据文件层

1. 应用程序层：

​ 应用程序需要使用包管理服务时，调用ContextImpl类的getPackageManager()函数返回一个 ApplicationPackageManager对象，它继承自PackageManager抽象类，参数传入Pms，Apm类调用各种pms的类方法。

2. Pms服务层

   和Ams、Wms等其他系统服务一样，包管理服务运行于SystemServer进程。Pms服务运行时，使用如下

   xml文件保存相关的包管理信息。

​ 第一个目录是“/system/etc/permissions”，该目录所有文件用于pemission的管理，包括两件事情，一是定义系统中都包含哪些user-permission，应用可以在androidManifest.xml中使用。二是该目录还定义了一个platform.xml文件，为一些特别的uid和gid分配一些默认权限。

​ 第二个目录是“/data/system/packages.xml"，该文件保存了所有安装程序的基本包信息，有点像系统的注册表，比如包名称、安装包路径和程序使用了哪些系统权限等等。看下packages.xml的内部信息

<packages>
    <last-platform-version internal="19" external="19" />
    <permission-trees />
    <permissions>
        <item name="android.permission.CHANGE_WIFI_MULTICAST_STATE" package="android" protection="1" />
        <item name="android.permission.WRITE_CALL_LOG" package="android" protection="1" />
        <item name="android.permission.CLEAR_APP_CACHE" package="android" protection="1" />
        <item name="android.permission.AUTHENTICATE_ACCOUNTS" package="android" protection="1" />
        <item name="android.permission.ACCESS_WIMAX_STATE" package="android" />
        <item name="android.permission.ASEC_ACCESS" package="android" protection="2" />
        ....
             <item name="android.permission.VIBRATE" package="android" />
        <item name="android.permission.READ_CELL_BROADCASTS" package="android" protection="1" />
    permissions>
    <package name="com.myapp" codePath="/data/app/com.myapp-2.apk" nativeLibraryPath="/data/app-lib/com.myapp-2" flags="4767302" ft="15e3b437430" it="15e37659f09" ut="15e3b4378f4" version="1" userId="10043">
        <sigs count="1">
            <cert index="0" key="308201dd30820146020101300d06092a864886f70d010105050030373116301406035504030c0d416e64726f69642044656275673110300e060355040a0c07416e64726f6964310b3009060355040613025553301e170d3137303833313...7d6c66ce" />
        sigs>
        <perms />
        <signing-keyset identifier="1" />
    package>

：internal是内部存储区程序被更新前的系统版本号，external是外部存储区程序更新前的系统版本号，两者一般相同。

：保存系统所有的权限列表，包括name、package、protection

: 签名信息

应用程序申请的权限列表

包括一个程序包相关的信息，如程序名称、程序包路径、程序使用native库文件路径、等

3. 数据文件层

​ Android程序由相关的程序文件组成，这些程序文件可以分为三个部分。

• 程序文件，所有系统程序保存在/system/app下，所有第三方应用程序保存在/data/app目录下，对于非系统程序，安装前可以放在任意地方，但安装后，Pms会把APK文件放到/data/app目录下，并且文件名称以包名进行命名。/data/davik-cache目录下保存了程序执行代码，当程序运行前，Pms会从APK文件中提取出代码文件也就是dex文件，并将该文件存储在该目录下，以便以后能快速运行该程序。

• framework库文件，这些文件保存在/system/framework目录下，系统开机时davik虚拟机会加载这些库文件，在pms启动时，将这些文件转换成dex文件，并保存到/data/dalvik-cache目录下。

• 应用程序使用的数据文件。分别为sharepreference存储、数据库存储和文件存储，前两种文件一般会保存在/data/data/xxx/目录下，xxx代表程序包名，文件存储可以保存在内置存储或者外置存储的任意位置。

二、包管理服务的启动过程

当SystemServer进程启动时，其初始化函数中会启动各种具体的服务进程，包括Ams、Wms和Pms等，Pms服务是从静态函数中创建的

public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer,
        boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
    // Self-check for initial settings.
    PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties();
​
    PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,
            factoryTest, onlyCore);
    m.enableSystemUserPackages();
    ServiceManager.addService("package", m);
    return m;
}

main()函数创建一个pms的实例，然后添加到serviceManager中，应用程序可以使用Context类的getSystemService()获取pms服务的Binder接口，并调用pms所提供相应的服务。

pms实际的启动过程就是该类构造函数的各种初始化的过程，在介绍流程之前，需要先理解各主要功能之间的关系，因为启动过程实际上就是读取相关XML文件的信息，并把这些信息存放到相关的类成员变量之中。

Settings类作为包管理服务相关的主要类，基本上包含了包管理所需的全部信息，该类主要包含几类变量：

• File mSettingFilename：配置文件名称，指的就是packages.xml

• File mBackupSettingFilename：配置文件有一个backup文件，该文件用于系统意外关机后和原始配置文件进行对比，以检查系统的完整性。

• File mPackageListFilename：指的就是packages.list文件，保存了所有应用程序列表

com.android.provision 1000 0 /data/data/com.android.provision platform 1028,1015,3002,3001,1023,3003
com.android.providers.media 10004 0 /data/data/com.android.providers.media media 1028,1015,1023,1024,2001,3003,3007
com.android.pacprocessor 10029 0 /data/data/com.android.pacprocessor platform 3003
com.maxtropy.android.doublepad 10097 1 /data/data/com.maxtropy.android.doublepad default 3002,3001,3003,1028,1015

第一项表示应用程序包名称，第二项表示该应用程序Linux用户id，第三项数字1表示应用程序可以被debug，0表示不能被debug，第四项表示应用程序数据文件目录

• HashMap mPackages：在Pms启动后，该变量被填充为包管理信息，这些信息来源于package.xml。注意该变量和pms中定义的mPakcages变量的区别，前者是从package,xml读取的记录信息，而后者是直接扫描程序目录下所有的APK文件生成的，后者类型是packageParser.Package。

• HashMap mDisabledPackages：记录不是通过标准卸载方法删除的应用程序列表。

• ArrayList mPastSignatures：保存所有的签名

• ArrayMap mPermissions ：保存了所有的权限

Pms类中重要变量

• ArrayMap mPackages ：保存所有程序包信息，来源于扫描程序目录下所有程序文件

• final Settings mSettings：Settings类

• final SparseArray> mSystemPermissions：系统所有的权限名称

• final ActivityIntentResolver mReceivers

• final ServiceIntentResolver mServices；

• final ProviderIntentResolver mProviders

• final ActivityIntentResolver mActivities

  以上四个变量用于进行Intent-Filter的匹配，并分别匹配到Activity、Receiver、Service、Providers对象，在pms初始化时会遍历程序目录下的全部程序，并从其包含的AndroidManifest.xml文件中提取出所有的intent-filter数据，并将其保存到以上的四个变量中，系统运行时，应用程序调用PackageManager的queryIntentxxx()函数时，其内部就是通过以上四个变量查询相关的目标对象信息的。

  三、PMS主体启动流程

• 创建一个Settings对象，在该对象的构造函数时，给成员变量赋值

  
   Settings(File dataDir, Object lock) {
          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");
      }

• 调用readPermission()函数,从/system/stc/permissions目录下读取全部的XML文件，该文件包含了系统中的所有的permission，这些属性值会保存在mSettings.mPermission中。

• 调用mSettings.readLP()函数从/data/system/package.xml文件中所有应用程序中和包管理相关信息。这些信息将保存到mSetting.mPackages变量中。

• 对java系统中的库文件进行dex转换，保存到davilk-cache目录中。

• 调用scanDirLi扫描解析AndroidManifest.xml的所有应用程序文件，并将扫描结果保存到pms的mPackages变量中。

• 为系统程序、framework程序和第三方程序目录创建FileObserver，它会检测目录中添加删除文件的事件，调用scanPackageLi()函数。

• 调用scanPackageLI()函数，对所有的程序包进行扫描。第一是解析安装包中的AndroidManifest.xml文件，提取出其中包含的intent-filter信息和permission信息，保存到mActivites、mServices、mReceivers和mProvider列表中，第二是将安装包中的dex文件提取出来。

四、应用程序的安装和卸载

安装及卸载程序操作都是由Pms完成，安装程序的过程包括在程序目录下创建以包名称命名的程序文件、创建程序数据目录，以及把程序信息保存到相关的配置文件packages.xml中，卸载过程是相反的操作。

各主要功能类关系

HandlerParams是一个abstract类，该类有两个实现，分别是InstallParams和MoveParams。HandlerParams虚基类作用是进行程序文件的复制，比如安装一个hello.apk文件后，会将该apk文件复制到程序目录/data/app中，复制后文件名称为包名称。

InstallParams实现安装过程的复制，MoveParams实现移动的复制，比如讲安装好的程序从内部存储位置移动到外部存储位置。

1、应用程序的安装过程

应用程序首先调用PackageManager类的installPackage()函数开始，该函数间接调用Pms的installPackage()函数，安装时异步的，installPackage()函数内部发布一个异步消息，名称为INIT_COPY，进行文件复制。程序安装 对象是InstallParams，调用startCopy函数进行程序的复制，复制成功后会在data/app目录下多一个以包命名的APK文件。

程序安装的下一阶段是将APK中包含的包信息提取出来存放在packages.xml文件及mSetting.mPackages对象中。这个过程和Pms在启动时调用scanDirLI()过程相似。

2、应用程序的卸载过程

PackageManager中提供了deletePackage()函数用于卸载程序，该函数通过IPC调用到Pms的deletePackage()函数，继而调用到deletePackageX()。

调用deletePackageLI()开始删除程序

• 删除程序文件，即/data/app目录下的APK文件

• 删除Pms中的mSetting.mPackages变量及mPackages变量，以及其他相关变量中的关于该程序的包管理信息。

• 发送一个广播消息，内容可能是删除，也可能是程序升级。

• 删除程序文件本身，以及在davik-cache下的dex文件。

3、intent匹配框架

intent匹配主要是解决应用程序中没有明确指定Componment名称的情况，Pms在初始化时，会从所有应用程序的AndroidManifest.xml文件中读取Intent-filter的值，建立一个内部数据结构，通过PackageManager提供的queryXXX()分别查询不同的Componment的包信息。

以Actviity为例，Pms内部类ActivityIntentResolver的基类是IntentResolver，在Pms启动时调用scanDirLI函数，填充所有的Activity的intent-filter信息

intent匹配机制：

按照基本的匹配类型定义几个数据变量，比如action、scheme、mime等，每个数据变量保存所有只要满足本条件的Component信息，其结果是不同的变量中会包含相同的Component信息，当传入一个intent时，先将intent分解成这些基本的匹配条件，然后逐个用这些字段合前面的数据变量进行匹配，并最终找到不同数据变量匹配结果的交集，及为满足的component信息。