Android 10.0 PackageManagerService(一)工作原理及启动流程-[Android取经之路]

[Android取经之路] 的源码都基于Android-Q(10.0) 进行分析

[Android取经之路] 系列文章:

《系统启动篇》

Android系统架构
Android是怎么启动的
Android 10.0系统启动之init进程
Android10.0系统启动之Zygote进程
Android 10.0 系统启动之SystemServer进程
Android 10.0 系统服务之ActivityMnagerService
Android10.0系统启动之Launcher(桌面)启动流程
Android10.0应用进程创建过程以及Zygote的fork流程
Android 10.0 PackageManagerService(一)工作原理及启动流程
Android 10.0 PackageManagerService(二)权限扫描
Android 10.0 PackageManagerService(三)APK扫描
Android 10.0 PackageManagerService(四)APK安装流程
《日志系统篇》

Android10.0 日志系统分析(一)-logd、logcat 指令说明、分类和属性
Android10.0 日志系统分析(二)-logd、logcat架构分析及日志系统初始化
Android10.0 日志系统分析(三)-logd、logcat读写日志源码分析
Android10.0 日志系统分析(四)-selinux、kernel日志在logd中的实现​
《Binder通信原理》:

Android10.0 Binder通信原理(一)Binder、HwBinder、VndBinder概要
Android10.0 Binder通信原理(二)-Binder入门篇
Android10.0 Binder通信原理(三)-ServiceManager篇
Android10.0 Binder通信原理(四)-Native-C\C++实例分析
Android10.0 Binder通信原理(五)-Binder驱动分析
Android10.0 Binder通信原理(六)-Binder数据如何完成定向打击
Android10.0 Binder通信原理(七)-Framework binder示例
Android10.0 Binder通信原理(八)-Framework层分析
Android10.0 Binder通信原理(九)-AIDL Binder示例
Android10.0 Binder通信原理(十)-AIDL原理分析-Proxy-Stub设计模式
Android10.0 Binder通信原理(十一)-Binder总结

《HwBinder通信原理》

HwBinder入门篇-Android10.0 HwBinder通信原理(一)
 HIDL详解-Android10.0 HwBinder通信原理(二)
HIDL示例-C++服务创建Client验证-Android10.0 HwBinder通信原理(三)
HIDL示例-JAVA服务创建-Client验证-Android10.0 HwBinder通信原理(四)
HwServiceManager篇-Android10.0 HwBinder通信原理(五)
Native层HIDL服务的注册原理-Android10.0 HwBinder通信原理(六)
Native层HIDL服务的获取原理-Android10.0 HwBinder通信原理(七)
JAVA层HIDL服务的注册原理-Android10.0 HwBinder通信原理(八)
JAVA层HIDL服务的获取原理-Android10.0 HwBinder通信原理(九)
HwBinder驱动篇-Android10.0 HwBinder通信原理(十)
HwBinder原理总结-Android10.0 HwBinder通信原理(十一)
《编译原理》

编译系统入门篇-Android10.0编译系统(一)
编译环境初始化-Android10.0编译系统(二)
make编译过程-Android10.0编译系统(三)
Image打包流程-Android10.0编译系统(四)
Kati详解-Android10.0编译系统(五)
Blueprint简介-Android10.0编译系统(六)
Blueprint代码详细分析-Android10.0编译系统(七)
Android.bp 语法浅析-Android10.0编译系统(八)
Ninja简介-Android10.0编译系统(九)
Ninja提升编译速度的方法-Android10.0编译系统(十)
Android10.0编译系统(十一)

1.概述
    PackageManagerService是Android系统核心服务之一,在Android中的非常重要,主要负责的功能如下:

解析 AndroidManifest.xml,主要包括AndroidManifest中节点信息的解析和target-name的分析和提炼

扫描本地文件,主要针对apk,主要是系统应用、本地安装应用等等。这部分会在下面仔细讲解。

管理本地apk,主要包括安装、删除等等。

下面称PackageManagerService为PKMS。

 

2.核心源码
 

/frameworks/base/core/java/android/app/ApplicationPackageManager.java
/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageDexOptimizer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/Installer.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/Settings.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/permission/BasePermission.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/permission/DefaultPermissionGrantPolicy.java
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/permission/PermissionManagerService.java
/frameworks/base/core/java/android/content/pm/IPackageManager.aidl
/frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageManager.java
/frameworks/base/core/java/com/android/server/SystemConfig.java

3.架构

3.1 PKMS 启动过程

 

3.2 PKMS 继承关系

 

3.3 权限管理

 

3.4 APK扫描
    扫描APK的AndroidManifest.xml中的各个标签信息,

例如"application"、"overlay"、"permission"、"uses-permission"等信息。

再针对各个标签的子标签进程扫描,

例如application会扫描"activity"、"receiver"、"service"、"provider"等信息

后面会详细讲解扫描过程

4.启动过程
4.1 启动过程
PKMS服务由SystemServer进行启动,在SystemServer中startBootstrapServices()启动PKMS服务,再调用startOtherServices()进行dex优化,磁盘管理等功能,并让PKMS进入systemready状态。

启动调用栈如下图所示:

 

4.1.1 [SystemServer.java] startBootstrapServices()

说明:startBootstrapServices()首先启动Installer服务,也就是安装器,随后判断当前的设备是否处于加密状态,如果是则只是解析核心应用,接着调用PackageManagerService的静态方法main来创建pms对象

(1)启动Installer服务

(2)获取设备是否加密(手机设置密码),如果设备加密了,则只解析"core"应用

(3)调用PKMS main方法初始化PackageManagerService,其中调用PackageManagerService()构造函数创建了PKMS对象

(4)如果设备没有加密,操作它。管理A/B OTA dexopting。

源码:
 

 
private void startBootstrapServices() {
    ...
    //(1)启动Installer
    //阻塞等待installd完成启动,以便有机会创建具有适当权限的关键目录,如/data/user。
    //我们需要在初始化其他服务之前完成此任务。
    Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);
    mActivityManagerService.setInstaller(installer);
    ...
    //(2)获取设别是否加密(手机设置密码),如果设备加密了,则只解析"core"应用,mOnlyCore = true,后面会频繁使用该变量进行条件判断
    String cryptState = VoldProperties.decrypt().orElse("");
    if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) {
        Slog.w(TAG, "Detected encryption in progress - only parsing core apps");
        mOnlyCore = true;
    } else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) {
        Slog.w(TAG, "Device encrypted - only parsing core apps");
        mOnlyCore = true;
    }
    
    //(3)调用main方法初始化PackageManagerService,参考[4.1.3]
    mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
                mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);
 
    //PKMS是否是第一次启动
    mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();
    
    //(4)如果设备没有加密,操作它。管理A/B OTA dexopting。
    if (!mOnlyCore) {
        boolean disableOtaDexopt = SystemProperties.getBoolean("config.disable_otadexopt",
                false);
        OtaDexoptService.main(mSystemContext, mPackageManagerService);
    }
    ...
}

4.1.2 [SystemServer.java] 

startOtherServices()

说明:

(5)执行 updatePackagesIfNeeded ,完成dex优化;

(6)执行 performFstrimIfNeeded ,完成磁盘维护;

(7)调用systemReady,准备就绪。

源码:
 

 
private void startOtherServices() {
    ...
    if (!mOnlyCore) {
        ...
        //(5)如果设备没有加密,执行performDexOptUpgrade,完成dex优化;[参考4.3]
        mPackageManagerService.updatePackagesIfNeeded();
    }
    ...
    //(6) 最终执行performFstrim,完成磁盘维护,[参考4.4]
    mPackageManagerService.performFstrimIfNeeded();
    ...
    //(7)PKMS准备就绪,[参考4.5]
    mPackageManagerService.systemReady();
    ...
}

4.1.3 [PackageManagerService.java] main()

说明:

main函数主要工作:

(1)检查Package编译相关系统属性

(2)调用PackageManagerService构造方法

(3)启用部分应用服务于多用户场景

(4)往ServiceManager中注册”package”和”package_native”。

源码:
 

public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer,
        boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
    // (1)检查Package编译相关系统属性
    PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties();
 
    //(2)调用PackageManagerService构造方法,参考[4.2]
    PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,
            factoryTest, onlyCore);
    //(3)启用部分应用服务于多用户场景
    m.enableSystemUserPackages();
    
    //(4)往ServiceManager中注册”package”和”package_native”。
    ServiceManager.addService("package", m);
    final PackageManagerNative pmn = m.new PackageManagerNative();
    ServiceManager.addService("package_native", pmn);
    return m;
}

PKMS初始化时的核心部分为PackageManagerService()构造函数的内容,我们下面就来分析该流程

 

4.2 PKMS构造函数分析

PKMS的构造函数中由两个重要的锁(mInstallLock、mPackages) 和5个阶段构成,下面会详细的来分析这些内容。

 

mInstallLock :用来保护所有安装apk的访问权限,此操作通常涉及繁重的磁盘数据读写等操作,并且是单线程操作,故有时候会处理很慢。

此锁不会在已经持有mPackages锁的情况下火的,反之,在已经持有mInstallLock锁的情况下,立即获取mPackages是安全的

 

mPackages:用来解析内存中所有apk的package信息及相关状态。

 

5个阶段:

阶段1:BOOT_PROGRESS_PMS_START

阶段2:BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START

阶段3:BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START

阶段4:BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END

阶段5:BOOT_PROGRESS_PMS_READY

    PKMS服务也是通过binder进行通信,IPackageManager.aidl由工具转换后自动生成binder的服务端IPackageManager.Stub和客户端IPackageManager.Stub.Proxy,具体关系如图:

Binder服务端:PackageManagerService继承于IPackageManager.Stub;

Binder客户端:ApplicationPackageManager(简称APM)的成员变量mPM继承于IPackageManager.Stub.Proxy; 本身APM是继承于PackageManager对象。

 

4.2.1 [PackageManagerService.java]

说明:IPackageManager.Stub是IPackageManager.aidl自动生成的,正好也说明了PKMS是service端的,通过binder交互

源码:
 

public class PackageManagerService extends IPackageManager.Stub
        implements PackageSender {
}

4.2.2 [PackageManagerService.java]   PackageManagerService()

说明:PackageManagerService构造函数

源码:

public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
        boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
        ...
        //阶段1:BOOT_PROGRESS_PMS_START, 参考[4.2.3]
        EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_START,
                SystemClock.uptimeMillis());
 
        //阶段2:BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START ,参考[4.2.4]
        EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START,
                    startTime);
        ...
        
        //阶段3:BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START ,参考[4.2.5]
        if (!mOnlyCore) {
                EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START,
                        SystemClock.uptimeMillis());
        }
        ...
        //阶段4:BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END ,参考[4.2.6]
        EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END,
                    SystemClock.uptimeMillis());
        ...
        //阶段5:BOOT_PROGRESS_PMS_READY,参考[4.2.7]
        EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_READY,
                    SystemClock.uptimeMillis());
}

4.2.3 阶段1:BOOT_PROGRESS_PMS_START

主要工作:

(1)构造 DisplayMetrics ,保存分辨率等相关信息;

(2)创建Installer对象,与installd交互;

(3)创建mPermissionManager对象,进行权限管理;

(4)构造Settings类,保存安装包信息,清除路径不存在的孤立应用,主要涉及/data/system/目录的packages.xml,packages-backup.xml,packages.list,packages-stopped.xml,packages-stopped-backup.xml等文件。

(5)构造PackageDexOptimizer及DexManager类,处理dex优化;

(6)创建SystemConfig实例,获取系统配置信息,配置共享lib库;

(7)创建PackageManager的handler线程,循环处理外部安装相关消息。

源码:
 

public PackageManagerService(...) {
    LockGuard.installLock(mPackages, LockGuard.INDEX_PACKAGES);
    EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_START,
                SystemClock.uptimeMillis());
    mContext = context;
 
    mFactoryTest = factoryTest; // 一般为false,即非工厂生产模式
    mOnlyCore = onlyCore; //标记是否只加载核心服务
    mMetrics = new DisplayMetrics(); // 分辨率配置
    mInstaller = installer; //保存installer对象
 
    //创建提供服务/数据的子组件。这里的顺序很重要,使用到了两个重要的同步锁:mInstallLock、mPackages
    synchronized (mInstallLock) {
    synchronized (mPackages) {
        // 公开系统组件使用的私有服务
        // 本地服务
        LocalServices.addService(
                PackageManagerInternal.class, new PackageManagerInternalImpl());
        // 多用户管理服务
        sUserManager = new UserManagerService(context, this,
                new UserDataPreparer(mInstaller, mInstallLock, mContext, mOnlyCore), mPackages);
        mComponentResolver = new ComponentResolver(sUserManager,
                LocalServices.getService(PackageManagerInternal.class),
                mPackages);
        // 权限管理服务
        mPermissionManager = PermissionManagerService.create(context,
                mPackages /*externalLock*/);
        mDefaultPermissionPolicy = mPermissionManager.getDefaultPermissionGrantPolicy();
        
        //创建Settings对象
        mSettings = new Settings(Environment.getDataDirectory(),
                mPermissionManager.getPermissionSettings(), mPackages);
    }
    }
    
    // 添加system, phone, log, nfc, bluetooth, shell,se,networkstack 这8种shareUserId到mSettings;
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.system", Process.SYSTEM_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.phone", RADIO_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.log", LOG_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.nfc", NFC_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.bluetooth", BLUETOOTH_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.shell", SHELL_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.se", SE_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.networkstack", NETWORKSTACK_UID,
            ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
    ...
    // DexOpt优化
    mPackageDexOptimizer = new PackageDexOptimizer(installer, mInstallLock, context,
                "*dexopt*");
    mDexManager = new DexManager(mContext, this, mPackageDexOptimizer, installer, mInstallLock);
    // ART虚拟机管理服务
    mArtManagerService = new ArtManagerService(mContext, this, installer, mInstallLock);
    mMoveCallbacks = new MoveCallbacks(FgThread.get().getLooper());
 
    mViewCompiler = new ViewCompiler(mInstallLock, mInstaller);
    // 权限变化监听器
    mOnPermissionChangeListeners = new OnPermissionChangeListeners(
            FgThread.get().getLooper());
    mProtectedPackages = new ProtectedPackages(mContext);
    mApexManager = new ApexManager(context);
    
    // 获取默认分辨率
    getDefaultDisplayMetrics(context, mMetrics);
    //拿到SystemConfig()的对象,其中会调用SystemConfig的readPermissions()完成权限的读取,参考[5 权限管理]
    SystemConfig systemConfig = SystemConfig.getInstance();
    synchronized (mInstallLock) {
            // writer
            synchronized (mPackages) {
                // 启动"PackageManager"线程,负责apk的安装、卸载
                mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,
                        Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND, true /*allowIo*/);
                mHandlerThread.start();
                // 应用handler
                mHandler = new PackageHandler(mHandlerThread.getLooper());
                // 进程记录handler
                mProcessLoggingHandler = new ProcessLoggingHandler();
                // Watchdog监听ServiceThread是否超时:10分钟
                Watchdog.getInstance().addThread(mHandler, WATCHDOG_TIMEOUT);
                // Instant应用注册
                mInstantAppRegistry = new InstantAppRegistry(this);
                 // 共享lib库配置
                ArrayMap libConfig
                        = systemConfig.getSharedLibraries();
                final int builtInLibCount = libConfig.size();
                for (int i = 0; i < builtInLibCount; i++) {
                    String name = libConfig.keyAt(i);
                    SystemConfig.SharedLibraryEntry entry = libConfig.valueAt(i);
                    addBuiltInSharedLibraryLocked(entry.filename, name);
                }
                ...
                // 读取安装相关SELinux策略
                SELinuxMMAC.readInstallPolicy();
 
                // 返回栈加载
                FallbackCategoryProvider.loadFallbacks();
                //读取并解析/data/system下的XML文件
                mFirstBoot = !mSettings.readLPw(sUserManager.getUsers(false));
 
                // 清理代码路径不存在的孤立软件包
                final int packageSettingCount = mSettings.mPackages.size();
                for (int i = packageSettingCount - 1; i >= 0; i--) {
                    PackageSetting ps = mSettings.mPackages.valueAt(i);
                    if (!isExternal(ps) && (ps.codePath == null || !ps.codePath.exists())
                            && mSettings.getDisabledSystemPkgLPr(ps.name) != null) {
                        mSettings.mPackages.removeAt(i);
                        mSettings.enableSystemPackageLPw(ps.name);
                    }
                }
 
                // 如果不是首次启动,也不是CORE应用,则拷贝预编译的DEX文件
                if (!mOnlyCore && mFirstBoot) {
                    requestCopyPreoptedFiles();
                }
                ...
            } // synchronized (mPackages)
        }
}

readLPw()会扫描下面5个文件

1) "/data/system/packages.xml"

2) "/data/system/packages-backup.xml"

3) "/data/system/packages.list"

4) "/data/system/packages-stopped.xml"

5) "/data/system/packages-stopped-backup.xml"

 

个文件共分为三组,简单的作用描述如下:

packages.xml:PKMS 扫描完目标文件夹后会创建该文件。当系统进行程序安装、卸载和更新等操作时,均会更新该文件。该文件保存了系统中与 package 相关的一些信息。

packages.list:描述系统中存在的所有非系统自带的 APK 的信息。当这些程序有变动时,PKMS 就会更新该文件。

packages-stopped.xml:从系统自带的设置程序中进入应用程序页面,然后在选择强制停止(ForceStop)某个应用时,系统会将该应用的相关信息记录到此文件中。也就是该文件保存系统中被用户强制停止的 Package 的信息。

这些目录的指向,都在Settings中的构造函数完成, 如下所示,得到目录后调用readLPw()进行扫描
 

Settings(File dataDir, PermissionSettings permission,
        Object lock) {
    mLock = lock;
    mPermissions = permission;
    mRuntimePermissionsPersistence = new RuntimePermissionPersistence(mLock);
 
    mSystemDir = new File(dataDir, "system");  //mSystemDir指向目录"/data/system"
    mSystemDir.mkdirs();  //创建 "/data/system"
    //设置权限
    FileUtils.setPermissions(mSystemDir.toString(),
            FileUtils.S_IRWXU|FileUtils.S_IRWXG
            |FileUtils.S_IROTH|FileUtils.S_IXOTH,
            -1, -1);
 
    //(1)指向目录"/data/system/packages.xml"
    mSettingsFilename = new File(mSystemDir, "packages.xml");
    //(2)指向目录"/data/system/packages-backup.xml"
    mBackupSettingsFilename = new File(mSystemDir, "packages-backup.xml");
    //(3)指向目录"/data/system/packages.list"
    mPackageListFilename = new File(mSystemDir, "packages.list");
    FileUtils.setPermissions(mPackageListFilename, 0640, SYSTEM_UID, PACKAGE_INFO_GID);
    //(4)指向目录"/data/system/packages-stopped.xml"
    mStoppedPackagesFilename = new File(mSystemDir, "packages-stopped.xml");
    //(5)指向目录"/data/system/packages-stopped-backup.xml"
    mBackupStoppedPackagesFilename = new File(mSystemDir, "packages-stopped-backup.xml");
}

解析上面这个几个xml的内容,建立对应的数据结构

[Settings.java]
boolean readLPw(@NonNull List users) {
    FileInputStream str = null;
    ...
    if (str == null) {
        str = new FileInputStream(mSettingsFilename);
    }
    //解析"/data/system/packages.xml"
    XmlPullParser parser = Xml.newPullParser();
    parser.setInput(str, StandardCharsets.UTF_8.name());
 
    int type;
    while ((type = parser.next()) != XmlPullParser.START_TAG
            && type != XmlPullParser.END_DOCUMENT) {
        ;
    }
    int outerDepth = parser.getDepth();
    while ((type = parser.next()) != XmlPullParser.END_DOCUMENT
            && (type != XmlPullParser.END_TAG || parser.getDepth() > outerDepth)) {
        if (type == XmlPullParser.END_TAG || type == XmlPullParser.TEXT) {
            continue;
        }
        //根据XML的各个节点进行各种操作,例如读取权限、shared-user等
        String tagName = parser.getName();
        if (tagName.equals("package")) {
            readPackageLPw(parser);
        } else if (tagName.equals("permissions")) {
            mPermissions.readPermissions(parser);
        } else if (tagName.equals("permission-trees")) {
            mPermissions.readPermissionTrees(parser);
        } else if (tagName.equals("shared-user")) {
            readSharedUserLPw(parser);
        }...
    }
    str.close();
    ...
    return true;
}

说明:创建 SharedUserSetting 对象并添加到 Settings 的成员变量 mSharedUsers 中,在 Android 系统中,多个 package 通过设置 sharedUserId 属性可以运行在同一个进程,共享同一个 UID

源码:

mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.system", //字符串
                           Process.SYSTEM_UID, //系统进程使用的用户id,值为1000
                           ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, //标志系统 Package
                           ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED); //特权系统应用
 
SharedUserSetting addSharedUserLPw(String name, int uid, int pkgFlags, int pkgPrivateFlags) {
    //mSharedUsers 是一个 HashMap,key 为字符串,值为 SharedUserSetting 对象
    SharedUserSetting s = mSharedUsers.get(name);
    if (s != null) {
        if (s.userId == uid) {
            return s;
        }
        PackageManagerService.reportSettingsProblem(Log.ERROR,
                "Adding duplicate shared user, keeping first: " + name);
        return null;
    }
    //创建一个新的 SharedUserSetting 对象,并设置的 userId 为 uid
    s = new SharedUserSetting(name, pkgFlags, pkgPrivateFlags);
    s.userId = uid;
    if (registerExistingAppIdLPw(uid, s, name)) {
        mSharedUsers.put(name, s);//将name与s键值对添加到mSharedUsers中保存
        return s;
    }
    return null;
}

4.2.4 阶段2:BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START

主要工作:

(1)从init.rc中获取环境变量BOOTCLASSPATH和SYSTEMSERVERCLASSPATH;

(2)对于旧版本升级的情况,将安装时获取权限变更为运行时申请权限;

(3)扫描system/vendor/product/odm/oem等目录的priv-app、app、overlay包;

(4)清除安装时临时文件以及其他不必要的信息。

源码:
 

public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
    synchronized (mInstallLock) {
        synchronized (mPackages) {
            // 记录扫描开始时间
            long startTime = SystemClock.uptimeMillis();
            EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START,
                    startTime);
            
            //获取环境变量,init.rc
            final String bootClassPath = System.getenv("BOOTCLASSPATH");
            final String systemServerClassPath = System.getenv("SYSTEMSERVERCLASSPATH");
            ...
            // 获取system/framework目录
            File frameworkDir = new File(Environment.getRootDirectory(), "framework");
            // 获取内部版本
            final VersionInfo ver = mSettings.getInternalVersion();
            // 判断fingerprint是否有更新
            mIsUpgrade = !Build.FINGERPRINT.equals(ver.fingerprint);
            ...
            // 对于Android M之前版本升级上来的情况,需将系统应用程序权限从安装升级到运行时
            mPromoteSystemApps =
                    mIsUpgrade && ver.sdkVersion <= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP_MR1;
            // 对于Android N之前版本升级上来的情况,需像首次启动一样处理package
            mIsPreNUpgrade = mIsUpgrade && ver.sdkVersion < Build.VERSION_CODES.N;
            mIsPreNMR1Upgrade = mIsUpgrade && ver.sdkVersion < Build.VERSION_CODES.N_MR1;
            mIsPreQUpgrade = mIsUpgrade && ver.sdkVersion < Build.VERSION_CODES.Q;
            // 在扫描之前保存预先存在的系统package的名称,不希望自动为新系统应用授予运行时权限
            if (mPromoteSystemApps) {
                Iterator pkgSettingIter = mSettings.mPackages.values().iterator();
                while (pkgSettingIter.hasNext()) {
                    PackageSetting ps = pkgSettingIter.next();
                    if (isSystemApp(ps)) {
                        mExistingSystemPackages.add(ps.name);
                    }
                }
            }
            // 准备解析package的缓存
            mCacheDir = preparePackageParserCache();
            // 设置flag,而不在扫描安装时更改文件路径
            int scanFlags = SCAN_BOOTING | SCAN_INITIAL;
            ...
            //扫描以下路径:
            /vendor/overlay、/product/overlay、/product_services/overlay、/odm/overlay、/oem/overlay、/system/framework
            /system/priv-app、/system/app、/vendor/priv-app、/vendor/app、/odm/priv-app、/odm/app、/oem/app、/oem/priv-app、
            /product/priv-app、/product/app、/product_services/priv-app、/product_services/app、/product_services/priv-app
      //参考[6 PMS jar包、apk的安装]
            scanDirTracedLI(new File(VENDOR_OVERLAY_DIR),...);
            scanDirTracedLI(new File(PRODUCT_OVERLAY_DIR),...);
            scanDirTracedLI(new File(PRODUCT_SERVICES_OVERLAY_DIR),...);
            scanDirTracedLI(new File(ODM_OVERLAY_DIR),...);
            scanDirTracedLI(new File(OEM_OVERLAY_DIR),...);
            ...
            final List possiblyDeletedUpdatedSystemApps = new ArrayList<>();
            final List stubSystemApps = new ArrayList<>();
            // 删掉不存在的package
            if (!mOnlyCore) {
                final Iterator pkgIterator = mPackages.values().iterator();
                while (pkgIterator.hasNext()) {
                    final PackageParser.Package pkg = pkgIterator.next();
                    if (pkg.isStub) {
                        stubSystemApps.add(pkg.packageName);
                    }
                }
                final Iterator psit = mSettings.mPackages.values().iterator();
                while (psit.hasNext()) {
                    PackageSetting ps = psit.next();
                    // 如果不是系统应用,则不被允许disable
                    if ((ps.pkgFlags & ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) == 0) {
                        continue;
                    }
                    
                    // 如果应用被扫描,则不允许被擦除
                    final PackageParser.Package scannedPkg = mPackages.get(ps.name);
                    if (scannedPkg != null) {
                        // 如果系统应用被扫描且存在disable应用列表中,则只能通过OTA升级添加
                        if (mSettings.isDisabledSystemPackageLPr(ps.name)) {
                            ...
                            removePackageLI(scannedPkg, true);
                            mExpectingBetter.put(ps.name, ps.codePath);
                        }
                        continue;
                    }
                    ...
                }
            }
            // 删除临时文件
            deleteTempPackageFiles();
            // 删除没有关联应用的共享UID标识
            mSettings.pruneSharedUsersLPw();
            ...
        }
        ...
    }
    ...
}

4.2.5 阶段3:BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START

主要工作有:对于不仅仅解析核心应用的情况下,还处理data目录的应用信息,及时更新,祛除不必要的数据。

源码:

public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
    synchronized (mInstallLock) {
        synchronized (mPackages) {
            ...
            if (!mOnlyCore) {
                EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START,
                        SystemClock.uptimeMillis());
                scanDirTracedLI(sAppInstallDir, 0, scanFlags | SCAN_REQUIRE_KNOWN, 0);
                ...
                // 移除通过OTA删除的更新系统应用程序的禁用package设置
                // 如果更新不再存在,则完全删除该应用。否则,撤消其系统权限
                for (int i = possiblyDeletedUpdatedSystemApps.size() - 1; i >= 0; --i) {
                    final String packageName = possiblyDeletedUpdatedSystemApps.get(i);
                    final PackageParser.Package pkg = mPackages.get(packageName);
                    final String msg;
 
                    mSettings.removeDisabledSystemPackageLPw(packageName);
                    ...
                }
                // 确保期望在userdata分区上显示的所有系统应用程序实际显示
                // 如果从未出现过,需要回滚以恢复系统版本
                for (int i = 0; i < mExpectingBetter.size(); i++) {
                    final String packageName = mExpectingBetter.keyAt(i);
                    if (!mPackages.containsKey(packageName)) {
                        final File scanFile = mExpectingBetter.valueAt(i);
                        ...
                        mSettings.enableSystemPackageLPw(packageName);
                        try {
              //扫描APK
                            scanPackageTracedLI(scanFile, reparseFlags, rescanFlags, 0, null);
                        } catch (PackageManagerException e) {
                            Slog.e(TAG, "Failed to parse original system package: "
                                    + e.getMessage());
                        }
                    }
                }
                // 解压缩并安装任何存根系统应用程序。必须最后执行此操作以确保替换或禁用所有存根
                installSystemStubPackages(stubSystemApps, scanFlags);
                ...
                // 获取storage manager包名
                mStorageManagerPackage = getStorageManagerPackageName();
                // 解决受保护的action过滤器。只允许setup wizard(开机向导)为这些action设置高优先级过滤器
                mSetupWizardPackage = getSetupWizardPackageName();
                ...
                // 更新客户端以确保持有正确的共享库路径
                updateAllSharedLibrariesLocked(null, Collections.unmodifiableMap(mPackages));
                ...
                // 读取并更新要保留的package的上次使用时间
                mPackageUsage.read(mPackages);
                mCompilerStats.read();
            }
        }
    }
}

4.2.6 阶段4:BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END

主要工作:

(1)sdk版本变更,更新权限;

(2)OTA升级后首次启动,清除不必要的缓存数据;

(3)权限等默认项更新完后,清理相关数据;

(4)更新package.xml

源码:

 
public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
    synchronized (mInstallLock) {
        synchronized (mPackages) {
            ...
            EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END,
                    SystemClock.uptimeMillis());
            // 如果自上次启动以来,平台SDK已改变,则需要重新授予应用程序权限以捕获出现的任何新权限
            final boolean sdkUpdated = (ver.sdkVersion != mSdkVersion);
            mPermissionManager.updateAllPermissions(
                    StorageManager.UUID_PRIVATE_INTERNAL, sdkUpdated, mPackages.values(),
                    mPermissionCallback);
            ...
            // 如果这是第一次启动或来自Android M之前的版本的升级,并且它是正常启动,那需要在所有已定义的用户中初始化默认的首选应用程序
            if (!onlyCore && (mPromoteSystemApps || mFirstBoot)) {
                for (UserInfo user : sUserManager.getUsers(true)) {
                    mSettings.applyDefaultPreferredAppsLPw(user.id);
                    primeDomainVerificationsLPw(user.id);
                }
            }
            // 在启动期间确实为系统用户准备存储,因为像SettingsProvider和SystemUI这样的核心系统应用程序无法等待用户启动
            final int storageFlags;
            if (StorageManager.isFileEncryptedNativeOrEmulated()) {
                storageFlags = StorageManager.FLAG_STORAGE_DE;
            } else {
                storageFlags = StorageManager.FLAG_STORAGE_DE | StorageManager.FLAG_STORAGE_CE;
            }
            ...
            // 如果是在OTA之后首次启动,并且正常启动,那需要清除代码缓存目录,但不清除应用程序配置文件
            if (mIsUpgrade && !onlyCore) {
                Slog.i(TAG, "Build fingerprint changed; clearing code caches");
                for (int i = 0; i < mSettings.mPackages.size(); i++) {
                    final PackageSetting ps = mSettings.mPackages.valueAt(i);
                    if (Objects.equals(StorageManager.UUID_PRIVATE_INTERNAL, ps.volumeUuid)) {
                        // No apps are running this early, so no need to freeze
                        clearAppDataLIF(ps.pkg, UserHandle.USER_ALL,
                                FLAG_STORAGE_DE | FLAG_STORAGE_CE | FLAG_STORAGE_EXTERNAL
                                        | Installer.FLAG_CLEAR_CODE_CACHE_ONLY);
                    }
                }
                ver.fingerprint = Build.FINGERPRINT;
            }
            
            //安装Android-Q前的非系统应用程序在Launcher中隐藏他们的图标
            if (!onlyCore && mIsPreQUpgrade) {
                Slog.i(TAG, "Whitelisting all existing apps to hide their icons");
                int size = mSettings.mPackages.size();
                for (int i = 0; i < size; i++) {
                    final PackageSetting ps = mSettings.mPackages.valueAt(i);
                    if ((ps.pkgFlags & ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) != 0) {
                        continue;
                    }
                    ps.disableComponentLPw(PackageManager.APP_DETAILS_ACTIVITY_CLASS_NAME,
                            UserHandle.USER_SYSTEM);
                }
            }
 
            // 仅在权限或其它默认配置更新后清除
            mExistingSystemPackages.clear();
            mPromoteSystemApps = false;
            ...
             // 所有变更均在扫描过程中完成
            ver.databaseVersion = Settings.CURRENT_DATABASE_VERSION;
            //降级去读取
            mSettings.writeLPr();
        }
    }
}

4.2.7 阶段5:BOOT_PROGRESS_PMS_READY

主要工作有:

(1)创建PackageInstallerService对象

(2)GC回收内存

源码:

 
public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
            boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
    synchronized (mInstallLock) {
        synchronized (mPackages) {
            ...
            EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_READY,
                    SystemClock.uptimeMillis());
            ...
            //PermissionController 主持 缺陷许可证的授予和角色管理,所以这是核心系统的一个关键部分。
            mRequiredPermissionControllerPackage = getRequiredPermissionControllerLPr();
            ...
            updateInstantAppInstallerLocked(null);
            // 阅读并更新dex文件的用法
            // 在PM init结束时执行此操作,以便所有程序包都已协调其数据目录
            // 此时知道了包的代码路径,因此可以验证磁盘文件并构建内部缓存
            // 使用文件预计很小,因此与其他活动(例如包扫描)相比,加载和验证它应该花费相当小的时间
            final Map> userPackages = new HashMap<>();
            for (int userId : userIds) {
                userPackages.put(userId, getInstalledPackages(/*flags*/ 0, userId).getList());
            }
            mDexManager.load(userPackages);
            if (mIsUpgrade) {
                MetricsLogger.histogram(null, "ota_package_manager_init_time",
                        (int) (SystemClock.uptimeMillis() - startTime));
            }
        }
    }
    ...
    // 打开应用之后,及时回收处理
    Runtime.getRuntime().gc();
    // 上面的初始扫描在持有mPackage锁的同时对installd进行了多次调用
    mInstaller.setWarnIfHeld(mPackages);
    ...
}

4.3 dex 优化

    检查是否需要去更新Packages并进行dex优化,如果没有OTA升级、没有大版本升级、没有清楚过dalvik虚拟机的缓存,可以去更新packages,

最终调用的是Installer的dexopt()进行优化

调用栈如下:

 

4.3.1 [PackageManagerService.java] updatePackagesIfNeeded()

说明:

    检查是否需要去更新Packages并进行dex优化,如果没有OTA升级、没有大版本升级、没有清楚过dalvik虚拟机的缓存,可以去更新packages

更新packages的优先级:core app >system app > other app,调用 performDexOptUpgrade()进行更新

源码:
 

public void updatePackagesIfNeeded() {
     //只有system或是root用户才有权限请求 package update
    enforceSystemOrRoot("Only the system can request package update");
 
    //(1)判断有没有进行OTA升级,我们需要在OTA后重新提取。
    boolean causeUpgrade = isDeviceUpgrading();
 
    //(2)是否是第一次启动或是系统大版本升级
    boolean causeFirstBoot = isFirstBoot() || mIsPreNUpgrade;
 
    // We need to re-extract after a pruned cache, as AoT-ed files will be out of date.
    //(3)判断是否有清除过dalvik虚拟机的缓存
    boolean causePrunedCache = VMRuntime.didPruneDalvikCache();
 
    //(4)如果上面的三个都没有,那么就不进行任何操作
    if (!causeUpgrade && !causeFirstBoot && !causePrunedCache) {
        return;
    }
 
    List pkgs;
    synchronized (mPackages) {
        //(5)按照package的优先级进行排序,core app >system app > other app
        pkgs = PackageManagerServiceUtils.getPackagesForDexopt(mPackages.values(), this);
    }
 
    final long startTime = System.nanoTime(); //记录开始时间
    
    //进行dex优化,参考[4.3.2]
    final int[] stats = performDexOptUpgrade(pkgs, mIsPreNUpgrade /* showDialog */,
                causeFirstBoot ? REASON_FIRST_BOOT : REASON_BOOT,
                false /* bootComplete */);
    ...
}

4.3.2  [PackageManagerService.java] performDexOptUpgrade()

说明:判断是否需要对package进行更新,如果需要更新那么按照优先级完成dex优化,最终调用Install的dexopt()进行dex优化,参考上面的调用栈

源码:
 

 
private int[] performDexOptUpgrade(List pkgs, boolean showDialog,
        final int compilationReason, boolean bootComplete) {
    ...
    //循环取出packages,进行优化
    for (PackageParser.Package pkg : pkgs) {
        numberOfPackagesVisited++;
 
        boolean useProfileForDexopt = false;
 
        //第一次启动或是ota升级之后并且是系统应用才会进行odex
        if ((isFirstBoot() || isDeviceUpgrading()) && isSystemApp(pkg)) {
            ...
        }
        ...
        //最终是调用 mInstaller.dexopt 完成优化的,installd守护进程,installer安装器和Installd通信
        int primaryDexOptStaus = performDexOptTraced(new DexoptOptions(
                pkg.packageName,
                pkgCompilationReason,
                dexoptFlags));
 
        switch (primaryDexOptStaus) {
            case PackageDexOptimizer.DEX_OPT_PERFORMED:
                numberOfPackagesOptimized++; //odex优化完成的应用
                break;
            case PackageDexOptimizer.DEX_OPT_SKIPPED:
                numberOfPackagesSkipped++; //跳过的应用
                break;
            case PackageDexOptimizer.DEX_OPT_FAILED:
                numberOfPackagesFailed++; //失败的应用
                break;
            default:
                Log.e(TAG, "Unexpected dexopt return code " + primaryDexOptStaus);
                break;
        }
    }
    return new int[] { numberOfPackagesOptimized, numberOfPackagesSkipped,
            numberOfPackagesFailed };
}

4.4 磁盘维护

磁盘维护最终调用的是vold进程的 fstrim()进行清理操作

调用栈:

 

[PackageManagerService.java] performFstrimIfNeeded()

说明:主要是执行磁盘清理工作,释放磁盘空间

源码:

public void performFstrimIfNeeded() {
   //只有system或是root用户才有权限请求fstrim
   enforceSystemOrRoot("Only the system can request fstrim");
 
   //在其他事情之前,看看我们是否需要fstrim
   try {
        //获取StorageManager对象
       IStorageManager sm = PackageHelper.getStorageManager();
       if (sm != null) {
           boolean doTrim = false;
           //获取执行FTRIM间隔,默认是3天,可以通过setting provider更改这个时间
           long interval = android.provider.Settings.Global.getLong(
                   mContext.getContentResolver(),
                   android.provider.Settings.Global.FSTRIM_MANDATORY_INTERVAL,
                   DEFAULT_MANDATORY_FSTRIM_INTERVAL);
 
           if (interval > 0) {
               final long timeSinceLast = System.currentTimeMillis() - sm.lastMaintenance();
               if (timeSinceLast > interval) {
                   doTrim = true; //如果超过了三天就进行磁盘清理
                   Slog.w(TAG, "No disk maintenance in " + timeSinceLast
                           + "; running immediately");
               }
           }
           if (doTrim) {
               final boolean dexOptDialogShown;
               synchronized (mPackages) {
                   dexOptDialogShown = mDexOptDialogShown;
               }
               //如果不是第一次启动,显示一个提示框
               if (!isFirstBoot() && dexOptDialogShown) {
                   try {
                       ActivityManager.getService().showBootMessage(
                               mContext.getResources().getString(
                                       R.string.android_upgrading_fstrim), true);
                   } catch (RemoteException e) {
                   }
               }
               // 这里的sm是 StorageManagerService,发送消息H_FSTRIM给handler,然后再向vold发送fstrim命
               sm.runMaintenance();
           }
       } else {
           Slog.e(TAG, "storageManager service unavailable!");
       }
   } catch (RemoteException e) {
       // Can't happen; StorageManagerService is local
   }
}

4.5 PKMS 准备就绪

[PackageManagerService.java] systemReady()

说明:systemReady主要完成的是默认授权和更新package的信息,通知在等待pms的一些组件

源码:

 
public void systemReady() {
    //只有system或是root用户才有权限 声称system已经ready
    enforceSystemOrRoot("Only the system can claim the system is ready");
 
    ContentObserver co = new ContentObserver(mHandler) {
        ...
    };
    co.onChange(true); //注册一个监听
    ...
    synchronized (mPackages) {
 
        ArrayList removed = new ArrayList<>();
        for (int i=0; i 0) {
                for (int r=0; r {
        updatePartnerAppInFota();
    }).start();
}

 

 

 

 

 

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