Android平台上ABI的确认

ABI

ABI 即 Application binary interface，是 CPU 与指令集专属的应用程序二进制接口。它定义了一套规则，允许编译好的二进制目标代码能在所有兼容该ABI的操作系统中无需改动就能运行。不同的 Android 设备使用不同的 CPU，而不同的 CPU 支持不同的指令集。

ABI 包含以下信息：

• 可使用的 CPU 指令集（和扩展指令集）。
• 运行时内存存储和加载的字节顺序。Android 始终是 little-endian。
• 在应用和系统之间传递数据的规范（包括对齐限制），以及系统调用函数时如何使用堆栈和寄存器。
• 可执行二进制文件（例如程序和共享库）的格式，以及它们支持的内容类型。Android 始终使用 ELF。
• 如何重整 C++ 名称。

ABI 和指令集

• NDK 以前支持 ARMv5 (armeabi) 以及 32 位和 64 位 MIPS，但 NDK r17 已不再支持。
• APK 在路径 /lib//lib.so 中寻找 NDK 生成的库。
• 安装应用时，软件包管理器服务将扫描 APK，按照主辅及偏好顺序查找共享库，将它们复制到应用的原生库目录 。
• 强制使用特定 ABI 安装 APK，通过 adb install --abi abi-identifier path_to_apk 。
• armeabi不支持硬件辅助的浮点运算，所有浮点运算都使用编译器的 libgcc.a 静态库中的软件辅助函数。

ABI	支持的指令集	备注
armeabi-v7a	armeabi，Thumb-2，VFPv3-D16	与 ARMv5/v6 设备不兼容。
arm64-v8a	AArch64
x86	x86 (IA-32)，MMX，SSE/2/3，SSSE3	不支持 MOVBE 或 SSE4。
x86_64	x86-64，MMX，SSE/2/3，SSSE3，SSE4.1、4.2，POPCNT

ABI 与 CPU

• 大多数 CPU 都支持多种 ABI，其中一个为主 ABI，其他为辅助 ABI。
• 获得最佳性能，最好使用 CPU 的主 ABI。
• Android 系统根据特定的系统属性来决定主辅 ABI。
• x86设备包含ARM模拟层，能够很好地运行ARM类型的so库，但并不保证100%不发生Crash。
• 64位设备（arm64-v8a, x86_64, mips64）能够运行32位的so库。但是以32位模式运行时，会丢失专为64位优化过的性能特征（ART, WebView, Media, etc.）。

CPU	主ABI	支持的ABI
ARMv5	armeabi	armeabi
ARMv7	armeabi-v7a	armeabi ，armeabi-v7a
ARMv8	arm64-v8a	armeabi ，armeabi-v7a，arm64-v8a
x86	x86	armeabi ，armeabi-v7a ，x86
x86_64	x86_64	armeabi ，x86 ，x86_64

ABI 的系统属性

[ro.product.cpu.abilist] : [arm64-v8a, armeabi-v7a, armeabi]
[ro.product.cpu.abilist32] : [armeabi-v7a, armeabi]
[ro.product.cpu.abilist64] : [arm64-v8a]

• ro.product.cpu.abilist 的值表明当前系统所支持所有的ABI类型
• ro.product.cpu.abilist32 和 ro.product.cpu.abilist64 分别表示系统所支持的32位和64位的 ABI 类型。
• 这些属性值中 ABI 的排序代表着系统偏好。比如 ro.product.cpu.abilist 的值里 arm64-v8a 排在第一个，就表明如果没有指定，arm64-v8a 就会成为 APP 进程默认启动的关联 ABI。

为应用指定 ABI

应用编译时，默认情况下，Gradle 会为所有 NDK 支持的 ABI 构建独立的 .so 文件，并将这些文件全部打包到您的应用中。如果您希望 Gradle 仅构建和打包原生库的特定 ABI 配置，可以在模块级 build.gradle 文件中使用 ndk.abiFilters 标志指定这些配置，如下所示：

android {
  ...
  defaultConfig {
    ...
    externalNativeBuild {
      cmake {...}
      // or ndkBuild {...}
    }

    // Similar to other properties in the defaultConfig block,
    // you can configure the ndk block for each product flavor
    // in your build configuration.
    ndk {
      // Specifies the ABI configurations of your native
      // libraries Gradle should build and package with your app.
      abiFilters 'x86', 'x86_64', 'armeabi', 'armeabi-v7a',
                   'arm64-v8a'
    }
  }
  buildTypes {...}
  externalNativeBuild {...}
}

应用安装时 ABI 的确认

应用安装后，会在 /data/system/packages.xm 中添加记录，其中 primaryCpuAbi 决定了该应用使用的 ABI。 primaryCpuAbi 的具体确认过程见附件文档，总结流程如下：

1. 如果 apk 包中 lib 文件夹下有 .so 库，就根据这个 .so 库的架构模式，确定 app 的 primaryCpuAbi 的值。
2. 对于 system app, 如果没法通过第一步确定 primaryCpuAbi 的值，PKMS 会根据 /system/app/${APP_NAME}/lib64和 /system/app/${APP_NAME}/lib 这两个文件夹是否存在，来确定它的 primaryCpuAbi 的值。
3. 对于还没有确定的 app, 在最后还会将自己的 primaryCpuAbi 值与和他使用相同 UID 的 package 的值设成一样。
4. 对于到这里还没有确认 primaryCpuAbi 的 app，就会在启动进程时使用 ro.product.cpu.abilist 这个 property 的值的第一项作为它关联的 ABI。

ABI 的编译配置

Android.bp 通过 compile_multilib 来决定编译32位还是64位的 ABI。例如，

cc_binary {
    srcs: ["test.c"],
    name: "test",
    compile_multilib: "both", // 同时编译32位和64位
    //compile_multilib: "32", // 只编译32位
    //compile_multilib: "64", // 只编译64位
    //compile_multilib: "first", // 根据主ABI的arch编译 
    //compile_multilib: "prefer32", // 如果系统支持32位则编译32位，否则编译64位
}

Android.mk 通过 LOCAL_MULTILIB 来控制编译。例如，

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
 
LOCAL_MULTILIB := both # 同时编译32位和64位
# LOCAL_MULTILIB := 32 # 只编译32位
# LOCAL_MULTILIB := 64 # 只编译64位
# LOCAL_MULTILIB := first # 根据主ABI的arch编译

TARGET_PREFER_32_BIT := true # 如果系统支持32位则编译32位，否则编译64位

LOCAL_SRC_FILES := test.c
LOCAL_MODULE := test
LOCAL_MODULE_TAGS := optinal
include $(BUILD_EXECUTABLE)

参考文档：

Android ABI
Android中app进程ABI确定过程