Android VNDK/VSDK Snapshot编译框架
1.背景
背景一：
为解决Android版本碎片化问题，引入Treble架构，它提供了稳定的新SoC供应商接口，引入HAL 接口定义语言（HIDL/Stable AIDL，技术栈依然是Binder)，它指定了 vendor HAL 和system framework的接口， 解耦system Framework 与Vendor HAL, system/vendor组件功能互相独立，从而使得Vendor Freeze成为可能。
背景二：
经过调查AOSP源码的vendor组件有30%~40%的仓库与system组件耦合，耦合仓库的类型，主要包括：AOSP framework框架仓、prebuilts、external、平台仓、odm自研仓、build仓。
背景三：
紧接着Google对Treble架构进一步演进，增强了system/vendor组件之间的interface化能力，从AndroidR开始设计了VNDK和VSDK的snapshot方案。
system组件通过预编译形成vendor Snapshot，可提供给不同Android版本的vendor组件使用，这部分也是Treble方案落地的一个重要环节和基础支撑。
2.VNDK基本概念
在Android的Treble架构中为了规范和约束system/vendor组件之间的耦合关系，对Native库进行几大类的划分，通过定义不同类型的相互耦合程度和使用约束来达到管控system/vendor组件之间模块的耦合度。
2.1 core library：
只在系统镜像，只被系统模块使用，不允许被vendor、vendor_available、vndk和vndk-sp的library依赖
其bp中的格式为
cc_library {
name: "libThatIsCore",
...
}
不包含vendor、vendor_available、vndk和vndk-sp属性
2.2 vendor-only(proprietary) library：
只给vendor使用，而且二进制位置在vendor镜像
其bp中的格式为
cc_library {
name: "libThatIsVendorOnly",
proprietary: true,
# or: vendor: true, # (for things in AOSP)
...
}
不包含vndk属性
2.3 vendor_available library:
被vendor镜像使用到的libary，同时存在vendor和core变体，打包在vendor和system镜像中，其bp中的格式为
cc_library {
name: "libThatIsVendorAvailable",
vendor_available: true,
...
}
不包含vndk属性
2.4 vndk libary：
被vendor模块使用，但是二进制在system镜像
其bp中的格式为
cc_library {
name: "libThatIsVndk",
vendor_available: true,
vndk: {
enabled: true,
}
...
}
同时存在vendor_available和vnd.enable属性
2.5 vndk-sp library:
被vendor直接使用，被system镜像间接使用的library，其二进制在system镜像中
其bp中的格式为
cc_library {
name: "libThatIsVndkSp",
vendor_available: true,
vndk: {
enabled: true,
support_system_process: true,
}
...
}
需要配置support_system_process属性
2.6 llndk library：
由Google维护的被system和vendor镜像共同使用的library，可double load。其二进制在system镜像
其bp中的格式为
llndk_library {
name: "libThatIsLlndk",
}
Naive库划分与依赖关系
VNDK使能后的编译依赖关系
3.VSDK基本概念
VSDK其实是包含了VNDK部分，同时也包含Vendor Snapshot。
Vendor Snapshot的范围是由系统源码维护的用于Vendor编译或者集成用到的Native模块的集合，它主要由下面几个类型的产物构成
vendor: true或者vendor_available: true的动态/静态库或者是头文件库
vendor_available: true的静态VNDK库
vendor: true或者vendor_available: true的可执行文件或者目标文件
对于vendor_snapshot和vndk里面到底打包的是哪些模块，先看下表，对模块vendor变体的划分。
vndk ：true的模块全部都安装在VNDK中，只有另外带了vendor_available：true的vndk模块才可以被vendor模块直接使用，不带的private的vndk只能被VNDK自有模块使用间接的被vendor模块使用。
总得来说：VSDK包括VNDK + vendor Snapshot + recoverySnapshot + host Snapshot。
4.Snapshot设计
上面两章分别给出了VNDK/VSDK的基础概念，内容划分和构建支持。回到最初的问题，在面对system和vendor不同时间不同版本编译的搭配问题上，VNDK/VSDK在工程上的处理流程如何？Snapshot的方案是从system侧预构建出vendor所需的内容，使用这部分而不是源码用于vendor构建。具体内容和实现接下来依次介绍。
4.1Snapshot简介
VNDK/VSDK的Snapshot(snapshot)是指从当前system侧按一定规则生成预构建的一组库，这些库将用于后面vendor侧的编译。
上图中给出了首发项目和vendor freeze项目两种情况system和vendor的搭配，由于Android大版本升级中vendor是固定的，vendor对应依赖的部分也需要有匹配的版本。在工程中我们有两种实现方法：
1、vendor侧manifest文件中包含system的仓库，例如framework/av，framework/base，framework/native这些热点仓库。然后这些仓库的使用前一个android版本的代码。
2、使用google的Snapshot设计，Vendor Image v27依赖的这部分v27版本的vndk/vsdk库将由System Image v27版本预构建生成，这些库将独立用于vendor侧的编译，以此vendor侧就能摆脱对system侧源码的依赖。
两种方法各有优缺点：1的方法简单直接，但是vendor的代码量更多，vendor编译时间更长；2vendor侧代码精简，编译时间短，但是工程中落地则需要额外的一套预构建系统进行支持。
4.2 Snapshot生成流程
生成Snapshot实际就是生成VSDK二进制及其编译配置逻辑，最终引用Snapshot产物的一套流程，可以分为三个阶段：
1、Generate Phrase：按照一定的规则，从系统侧源代码中产生出vendor image编译依赖的预置编译模块产物（称为prebuilt snapshots）的过程。
2、Install Phrase：通过py脚本将Generation阶段中生成的prebuilt模块安装到制定的源码目录，并生成对应的Android.bp文件的过程。
3、Use Phrase：通过设置BOARD_VNDK_VERSION为具体的某个版本号（如31），触发编译系统使用预先生成的Snapshot参与编译（对应地将屏蔽相关模块的源码编译逻辑）的过程。
4.3 VNDK Snapshot生成流程
以AOSP的设备为例，对应VNDK Snapshot包为android-vndk-arm64.zip，其内容为：
android-vndk-arm64.zip
├── arch-arm64-armv8-a
│ └── shared
│ ├── vndk-core -> *.so files, *.json files
│ └── vndk-sp -> *.so files, *.json files
├── arch-arm-armv8-a -> (same as arch-arm64-armv8-a)
├── configs -> *.libraries.txt, module_paths.txt, module_names.txt
├── include -> exported header files (*.h, *.hh, etc.)
└── NOTICE_FILES -> license txt files
Generate Phrase:
vndk Snapshot的生成逻辑在文件soong/cc/vndk.go通过定义VndkSnapshotSingleton来实现。
func init() {
android.RegisterSingletonType("vndk-snapshot", VndkSnapshotSingleton)
}
func VndkSnapshotSingleton() android.Singleton {
return &vndkSnapshotSingleton{}
}
type vndkSnapshotSingleton struct {
vndkLibrariesFile android.OutputPath
vndkSnapshotZipFile android.OptionalPath
}
其中vndkSnapshotZipFile定义了vndk-snapshot.zip文件的路径。在vndkSnapshotSingleton的GenerateBuildActions方法中生成vndkSnapshot
Install Phrase：
VNDK包的安装是通过/development/vndk/snapshot/update.py实现的，流程为：
最终生成的bp文件中的
vndk_prebuilt_shared {
name: "android.hardware.wifi.hostapd-V1-ndk",
version: "33",
target_arch: "arm64",
vendor_available: true,
vndk: {
enabled: true,
},
arch: {
arm: {
export_include_dirs: [
"include/frameworks/native/libs/binder/ndk/include_cpp",
...
],
srcs: ["arch-arm-armv8-a/shared/vndk-core/android.hardware.wifi.hostapd-V1-ndk.so"],
},
arm64: {
export_include_dirs: [
"include/frameworks/native/libs/binder/ndk/include_cpp",
...
],
srcs: ["arch-arm64-armv8-a/shared/vndk-core/android.hardware.wifi.hostapd-V1-ndk.so"],
},
},
}
Use Phrase：
通过在device.mk中设置BOARD_VNDK_VERSION变量为具体版本值，然后对vendor侧进行编译。
4.4 VSDK Snapshot生成流程
以AOSP的设备为例，vsdkSnapshot包内容为：
vendor-$(TARGET_DEVICE).zip
├── arch-arm64-armv8-a
│ ├── binary -> binary files, *.json files
│ ├── header -> *.json files
│ ├── object -> *.o files, *.json files
│ ├── shared -> *.so files, *.json files
│ └── static -> *.a files, *.json files
├── arch-arm-armv8-a -> (arch-arm64-armv8-a)
├── configs -> *.rc files, *.xml files
├── include -> exported header files (*.h, *.hh, etc.)
└── NOTICE_FILES -> license txt files
Generate Phrase：
vsdkSnapshot的生成逻辑在vendor_snapshot.go的GenerateBuildActions中：
Install Phrase：
vsdkSnapshot安装使用了/development/vendor_snapshot/update.py文件：
Use Phrase：
通过在device.mk中设置BOARD_VNDK_VERSION变量为具体版本值，然后对vendor侧进行编译。
5.总结
VNDK/VSDK Snapshot可进一步减少system/vendor组件之间的源码依赖、编译依赖，更容易形成Treble基线。
收益总结为三点：
提高了vendor组件的编译效率
提高了代码认知管理，解耦后的仓库，可以删除vendor组件中的耦合仓，只保留system组件中的源码
更有利于支撑system/vendor组件的独立开发
参考资料
[1]https://source.android.com/devices/architecture/vndk/snapshot-vendor
[2]https://source.android.com/devices/architecture/vndk/snapshot-generate
[3] Bootcamp 2021 VSDK.pdf
[4]https://source.android.com/devices/architecture/vndk/enabling
[5]https://source.android.com/docs/core/architecture/vndk/build-system
[6]https://source.android.com/docs/core/architecture/vndk/snapshot-design
[7] 深入剖析VNDK/VSDK Snapshot编译框架
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