本文主要介紹Android系統如何實現APK安裝、解除安裝、更新等操作。主要內容包括以下內容：

1. 安裝和解除安裝APK的方法有哪些，每種方法實現的原理是什麼？
2. APK安裝和解除安裝過程中，系統資料發生了哪些變化？
3. Android App端常用的Package Manager使用方法簡介。

注：本文是在本人閱讀<Android的設計與實現I>、<深入理解Android卷II>、以及網路中關於Android安裝方式的基礎上完成的。本人的主要工作在於閱讀相關部分的Android原始碼，並製作相應程式碼呼叫的時序圖；嘗試將所閱讀的文章中的安裝方法付諸實施。

1. APK安裝解除安裝方法及原理淺析

1.1 APK安裝方式

常見的APK安裝方式有以下幾種：

1.2 APK安裝、解除安裝原理淺析

Android系統中，APK安裝、解除安裝的原理，與Windows系統軟體安裝(具體原理參考

• APK安裝可以歸結為以下幾個過程：
  1. 將APK檔案複製到指定的目錄下；
  2. 解壓APK，拷貝檔案，建立應用的資料目錄；
  3. 把dex檔案(Dalvik位元組碼)儲存到dalvik-cache目錄；
  4. 解析APK的AndroidManifest.xml檔案，將其中宣告的元件等資訊儲存在PMS中；更新PMS中相應的資料結構。
  5. 其他操作；
• APK解除安裝：將APK檔案、data/data/pacakgeName/、dalvik-cache目錄中相應的檔案刪除;並更新PMS中相應的資料結構。

1.3 APK幾種安裝方式異同點

1. 系統自帶的應用以及廠商預裝的應用等，在手機首次啟動時，會通過掃描/system/app/、/system/framework/、/vendor/app/等目錄下面的APK檔案，完成安裝；如果是Android的原生系統，或者cm等系統，則沒有/vendor/app/目錄。
2. 通過adb push命令可以將APK檔案推送到/system/app/、/system/framework/、/vendor/app/、/data/app/等目錄下面，然後再次啟動手機裝置，便可以完成安裝過程。具體命令如下：

   adb root
    adb push flyflow-release.apk /system/app
    adb reboot

   使用該方式安裝APK，具有以下特點：
   • 使用這種方式安裝APK時，要求手機被完全root，可以通過PC端獲取root許可權。
   • 如果將APK檔案推送到/system/app/、/system/framework/、/vendor/app/目錄下，該App便成為系統預裝App，沒有root許可權不能解除安裝該應用。
   • 使用該種方式安裝的APK，於系統自帶的App以及廠商預裝的App安裝方式一樣，也是通過PMS掃描相應的資料夾完成。
3. 使用adb install命令安裝APK。常用的命令如下：

   adb install flyflow-release.apk

   adb shell pm install flyflow-release.apk

   這兩種命令最終都會呼叫Android端的/bin/pm的install命令完成安裝。

4. 網路應用下載安裝APK之後，會呼叫PackageManager的installPackage(*)方法完成安裝工作；該方法最終會呼叫PackageManagerService中的installPackage來完成APK安裝。可通過以下形式實現驗證： a) 將APK檔案實現放入sdcard中； b) 設計一個Android InstallDemo，包含一個按鈕，點選按鈕便會呼叫installPackage方法進行安裝。其中installPackage安裝的檔案為步驟a中的APK； 注意事項有：

   • 該實驗在安裝的過程中，要求InstallDemo工程具有INSTALL_PACKAGES許可權。

5. 使用PackageInstaller.apk進行安裝時，其啟動PackageInstallerActivity來完成安裝包解析；在解析完成並得到使用者的安裝確認之後，啟動 InstallAppProgress並呼叫安裝介面pm.installPackage進行安裝。（該方式未進行深入調研，道聽途說）

2. PMS安裝APK的過程解析

本節詳細介紹APK的幾種安裝方式，主要包括開機掃描安裝、adb install命令安裝等。

2.1 掃描安裝過程解析

Android裝置在啟動的過程中，會掃描本地安裝的所有的App。整個掃描過程可以通過以下流程圖來說明： 掃描安裝過程分析如下：

1. 在PackageManagerService建構函式中，掃描各個APK目錄之前會建立一個Settings物件mSettings。其中Settings類負責讀取系統的配置資訊，主要解析的檔案有packages.xml、packages-stopped.xml等檔案。會將解析的資訊分別存入mPackages、mRenamedPackages、mDisableSysPackages等資料結構中。重要的函式呼叫有:

   mRestoredSettings = mSettings.readLPw(this, sUserManager.getUsers(false),mSdkVersion, mOnlyCore);

2. 開機啟動時會以此掃描目錄：/system/app、/system/framework、 /vendor/app、/data/app等。具體呼叫有： 
3. 掃描每個APK目錄的核心程式碼如下：
   

   // scanDirLI(**)
   for (File file : files) {
     final boolean isPackage = (isApkFile(file) || file.isDirectory())
             && !PackageInstallerService.isStageName(file.getName());
     if (!isPackage) { // Ignore entries which are not packages
          continue;
      }
      try {
          scanPackageLI(file, parseFlags | PackageParser.PARSE_MUST_BE_APK,
                  scanFlags, currentTime, null);
      } catch (PackageManagerException e) {
          // exception process
          .....
   }
   

4. scanPackageLI(File scanFile,...)該函式負責完成APK的掃描工作，APK的掃描工作具體有PackageParser.parsePackage(*)完成。在掃描過程中，會解析AndroidManifiest.xml檔案等資訊，並將掃描結果存放在PackageParser.Package物件中。
5. 在完成包的資訊解析之後需要完成包資訊同步工作,主要因為：scanPackageLI掃描到的APK可能是已經更名的包、disable的包、需要升級的包、已經安裝並且簽名衝突的包、被非系統級包替代系統包的情況，需要對這些情況一一處理，保證資訊的正確性。
6. 如果Package需要Rename或者Update則會進行簽名比較，以防止簽名不一致的情況；
7. 最終會呼叫scanPackageLI（PackageParser.Package,....)函式完成實際的Package安裝或更新操作。
8. 在掃描過程中，Package的Rename、Update、Install操作都是由scanPackage(PackageParser,int,int,long,UserHandler)來完成.該函式會呼叫scanPackageDirtyLI(...)完成具體的操作。scanPackageDirtyLI函式在後續章節會分析。

2.2 adb命令安裝過程解析

2.2.1 adb install命令

adb命令的intall命令在commandline.c中對應的實現函式為install_app(....),該函式的程式碼有如下呼叫：

if (!(err = do_sync_push(filename, to, 1 /* verify APK */))) {
        /* file in place; tell the Package Manager to install it */
        argv[argc - 1] = to;      
        /* destination name, not source location */
        pm_command(transport, serial, argc, argv);
        delete_file(transport, serial, to);
}

static int pm_command(transport_type transport, char* serial,
                      int argc, char** argv)
{
    char buf[4096];
    snprintf(buf, sizeof(buf), "shell:pm");
    while(argc-- > 0) {
        char *quoted;
        quoted = dupAndQuote (*argv++);
        strncat(buf, " ", sizeof(buf)-1);
        strncat(buf, quoted, sizeof(buf)-1);
        free(quoted);
    }
    send_shellcommand(transport, serial, buf);
    return 0;
}

pm_command通過最終通過send_shellcommand(...)將資料傳送到手機端的adbd守護程序中；adbd在收到PC的Console發來的資料之後，會啟動一個Shell，然後執行pm。

2.2.2 adb shell pm命令

Android裝置端pm命令位於/system/bin目錄下，其是一個指令碼，具體內容如下：

#!/system/bin/sh
base=/system
export CLASSPATH=$base/framework/pm.jar
exec app_process $base/bin com.android.commands.pm.Pm "[email protected]"

// Populate verificationURI, optionally present
 final String verificationFilePath = nextArg();
 if (verificationFilePath != null) {
     System.err.println("\tver: " + verificationFilePath);
     verificationURI = Uri.fromFile(new File(verificationFilePath));
 } else {
     verificationURI = null;
 }

 LocalPackageInstallObserver obs = new LocalPackageInstallObserver();
 try {
     VerificationParams verificationParams = new VerificationParams(verificationURI,originatingURI, 
        referrerURI, VerificationParams.NO_UID, null);
     // 呼叫PMS完成安裝
       mPm.installPackageAsUser(apkFilePath, obs.getBinder(), installFlags,
             installerPackageName, verificationParams, abi, userId);
      // 安裝結果後續處理
    ....
 } catch (RemoteException e) {
     System.err.println(e.toString());
     System.err.println(PM_NOT_RUNNING_ERR);
     return 1;
 }

2.3 PMS中相關程式碼分析

adb安裝命令最終呼叫PMS中的installPackageAsUser函式進行APK安裝。整個過程的時序圖如下圖所示： 安裝APK的過程中具有以下特徵：

• installPackageAsUser函式檢查客戶端程序是否具有安裝Package的許可權，其中Shell和root程序都是具有該許可權的。
• installPackageAsUser函式會向PackageHandler傳送一個INIT_COPY的訊息，由PackageHandler來完成APK安裝；
• PackageHandler會呼叫InstallParms中的handleStartCopy()和handleReturnCode函式完成相應的操作。
• 在handleStartCopy函式裡完成的事情有：
  • 根據adb install的引數，判斷安裝位置；
  • 呼叫DeviceStorageMonitorService判斷是否有足夠的空間完成APK安裝，並給出APK推薦的安裝路徑；
  • 建立一個安裝引數(如果安裝在內部儲存空間時，該引數是一個FileInstallArgs物件）以便後續安裝使用；
  • 呼叫InstallArgs的copyApk函式將APK從臨時目錄複製到指定的目錄中；
• 通過adb命令安裝APK時，最終也是呼叫scanPackageDirLI函式完成APK安裝。
• 在該過程中，會判斷是新安裝一個APK還是覆蓋更新安裝APK。針對不同的情況會進行特殊的處理。
• 在安裝完成之後，processPendingInstall函式會想PackageHandler傳送一個POST_INSTALL訊息。然後在該訊息的處理中，會根據APK的安裝情況，傳送相應的廣播資訊。

3. APK安裝核心函式ScanPackageDirtyLI函式分析

從上述過程可以看出，不論是開機掃描安裝APK，還是通過adb命令安裝APK，最終都會呼叫scanPackageDirtyLI函式進行APK安裝。該函式的流程圖如下圖所示：  該函式完成的主要工作有：

• 初始化Package的資料目錄和資源目錄；
• 如果需要則更新已有的Package的共享程式碼庫；
• 如果安裝時傳遞了簽名信息，則驗證簽名信息的合法性；
• 驗證新安裝的APK中的Provider是否與系統中現有的Provider有衝突，並進行相應的處理；
• 如果新安裝APK需要使用其他Package的許可權，則進行相應處理；
• 呼叫createDataDirsLI()安裝APK；
• 設定本地lib路徑；
• 安裝成功之後將Package資訊更新到PMS和Setting相應的資料結構中；
• 設定APK安裝時間；
• 設定APK的Provider資訊，將Provider新增到相應的資料結構中；
• 設定許可權組和許可權資訊；
• 該函式的主要工作便是將安裝的APK的資訊新增到PMS中，比如講Provider、Activity、Service、Receiver等元件資訊新增到相應的資料結構中，以便其他函式能夠查詢到。
• 在該函式中還對framework-res.apk進行特殊的資訊處理。framework-res.apk中主要包含以下資訊：
  • 幾個常用的Activity：ChooserActivity、ShutdownActivity、RingtonePckerActivity；
  • framework-res.apk與PMS聯絡緊密，其中PMS中的mPlatformPackage成員儲存該Package資訊；mAndroidApplicatioin儲存該Package的ApplicationInfo資訊；mResolveActivity表示ChooserActivity資訊的ActivityInfo;mResolveInfo儲存系統解析的Intent後得到的結果資訊。

3.2 createDataDirsLI分析

上個小節已經說明，scanPackageDirLI函式會呼叫createDataDirsLI的函式來完成安裝。該函式主要做了兩件事情：

• 呼叫mInstaller.install()函式完成APK安裝;
• 呼叫mInstaller.createUserData()函式建立使用者資訊。 其中mInstaller是在PMS.main()函式中傳遞進來的Installer物件。該函式程式碼如下：

  private int createDataDirsLI(String packageName, int uid, String seinfo) {
        int[] users = sUserManager.getUserIds();
        int res = mInstaller.install(packageName, uid, uid, seinfo);
        if (res < 0) {
            return res;
        }
        for (int user : users) {
            if (user != 0) {
                res = mInstaller.createUserData(packageName,
                        UserHandle.getUid(user, uid), user, seinfo);
                if (res < 0) {
                    return res;
                }
            }
        }
        return res;
  }

3.3 Installer介紹

通過Installer類中install函式程式碼如下：

public int install(String name, int uid, int gid, String seinfo) {
    StringBuilder builder = new StringBuilder("install");
    builder.append(' ');
    builder.append(name);
    builder.append(' ');
    builder.append(uid);
    builder.append(' ');
    builder.append(gid);
    builder.append(' ');
    builder.append(seinfo != null ? seinfo : "!");
    return mInstaller.execute(builder.toString());
}

private boolean connect() {
        if (mSocket != null) {
            return true;
        }
        Slog.i(TAG, "connecting...");
        try {
            mSocket = new LocalSocket();
            LocalSocketAddress address = new LocalSocketAddress("installd",
                    LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED);
            mSocket.connect(address);
            mIn = mSocket.getInputStream();
            mOut = mSocket.getOutputStream();
        } catch (IOException ex) {
            disconnect();
            return false;
        }
        return true;
}

3.4 Installed介紹

Installd是一個native程序，該程序啟動一個socket，然後處理來之Installer的命令。Installd的實現原理可以參考博文Android安裝服務installd原始碼分析。 installd原始碼位於frameworks/base/cmds/installd目錄下，其中install操作對應的原始碼在frameworks/base/cmds/installd/commands.c中，具體程式碼如下：

int install(const char *pkgname, uid_t uid, gid_t gid)
{
    char pkgdir[PKG_PATH_MAX];//程式目錄路徑最長為256
    char libdir[PKG_PATH_MAX];//程式lib路徑最長為256
    //許可權判斷
    if ((uid < AID_SYSTEM) || (gid < AID_SYSTEM)) {
        ALOGE("invalid uid/gid: %d %d\n", uid, gid);
        return -1;
    }
    //組合應用程式安裝目錄pkgdir=/data/data/應用程式包名
    if (create_pkg_path(pkgdir, pkgname, PKG_DIR_POSTFIX, 0)) {
        ALOGE("cannot create package path\n");
        return -1;
    }
    //組合應用程式庫目錄libdir=/data/data/應用程式包名/lib
    if (create_pkg_path(libdir, pkgname, PKG_LIB_POSTFIX, 0)) {
        ALOGE("cannot create package lib path\n");
        return -1;
    }
    //建立目錄pkgdir=/data/data/應用程式包名
    if (mkdir(pkgdir, 0751) < 0) {
        ALOGE("cannot create dir '%s': %s\n", pkgdir, strerror(errno));
        return -errno;
    }
    //修改/data/data/應用程式包名目錄的許可權
    if (chmod(pkgdir, 0751) < 0) {
        ALOGE("cannot chmod dir '%s': %s\n", pkgdir, strerror(errno));
        unlink(pkgdir);
        return -errno;
    }
    //建立目錄libdir=/data/data/應用程式包名/lib
    if (mkdir(libdir, 0755) < 0) {
        ALOGE("cannot create dir '%s': %s\n", libdir, strerror(errno));
        unlink(pkgdir);
        return -errno;
    }
    //修改/data/data/應用程式包名/lib目錄的許可權
    if (chmod(libdir, 0755) < 0) {
        ALOGE("cannot chmod dir '%s': %s\n", libdir, strerror(errno));
        unlink(libdir);
        unlink(pkgdir);
        return -errno;
    }
    //修改/data/data/應用程式包名目錄的所有許可權
    if (chown(libdir, AID_SYSTEM, AID_SYSTEM) < 0) {
        ALOGE("cannot chown dir '%s': %s\n", libdir, strerror(errno));
        unlink(libdir);
        unlink(pkgdir);
        return -errno;
    }
    //修改/data/data/應用程式包名/lib目錄的所有許可權
    if (chown(pkgdir, uid, gid) < 0) {
        ALOGE("cannot chown dir '%s': %s\n", pkgdir, strerror(errno));
        unlink(libdir);
        unlink(pkgdir);
        return -errno;
    }
    return 0;
}

4. APK的解除安裝

從Installd的實現中，我們可以看到unInstall操作其實就是刪除相應的資料檔案和資原始檔。unInstall的具體實現如下:

int uninstall(const char *pkgname, uid_t persona)
{
    char pkgdir[PKG_PATH_MAX];
    if (create_pkg_path(pkgdir, pkgname, PKG_DIR_POSTFIX, persona))
        return -1;
    /* delete contents AND directory, no exceptions */
    return delete_dir_contents(pkgdir, 1, NULL);
}

5. 待完成的任務

1. PackageInstaller.apk等第三方App如何實現APK安裝；
2. 如何重新命名一個APK，以及更換APK的ICON；
3. 通過adb push命令將APK安裝包推送到/system/app能否實時觸發APK安裝；
4. APK安裝完成之後，是否能立即查詢到該APK資訊；解除安裝完成之後，是否可立即判斷當前的包已經被解除安裝；
5. 製作Demo完成APK安裝，使用命令完成APK安裝；
6. 如何通過APK安裝/解除安裝的廣播進行相關程式設計；

6.小結

1. adb的實現機制
2. Content Provider命名、自定義Permission命名等需要保證全域性唯一；
3. 安裝、解除安裝完成會發送廣播；
4. Pm、monkey、Am指令碼的實現機制；
5. 可以通過adb push或者直接將APK放入到/system/app、/vendor/app完成預置操作；
6. 如果遇到安裝失敗的情況，終極方案直接刪除相應的檔案，並重啟手機；
7. 一臺PC最多同時連線16個device/emulator；
8. /data/data//該檔案的許可權為751； /data/data//lib該目錄的許可權為755，說明每個App的lib是所有使用者可讀可執行的。

7.參考文獻