作者：刘望舒
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前言
PMS的创建过程分为两个部分进行讲解，分别是SyetemServer处理部分和PMS构造方法。其中SyetemServer处理部分和AMS和WMS的创建过程是类似的，可以将它们进行对比，这样可以更好的理解和记忆这一知识点。
1. SyetemServer处理部分
PMS是在SyetemServer进程中被创建的，SyetemServer进程用来创建系统服务，不了解它的可以查看Android系统启动流程（三）解析SyetemServer进程启动过程这篇文章。
从SyetemServer的入口方法main方法开始讲起，如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}
main方法中只调用了SystemServer的run方法，如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void run() {
try {
...
//创建消息Looper
Looper.prepareMainLooper();
//加载了动态库libandroid_servers.so
System.loadLibrary("android_servers");//1
performPendingShutdown();
// 创建系统的Context
createSystemContext();
// 创建SystemServiceManager
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//2
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class,mSystemServiceManager);
SystemServerInitThreadPool.get();
} finally {
traceEnd();
}
try {
traceBeginAndSlog("StartServices");
//启动引导服务
startBootstrapServices();//3
//启动核心服务
startCoreServices();//4
//启动其他服务
startOtherServices();//5
SystemServerInitThreadPool.shutdown();
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System","******************************************");
Slog.e("System","************ Failure starting system services",ex);
throw ex;
} finally {
traceEnd();
}
...
}
在注释1处加载了动态库libandroid_servers.so。接下来在注释2处创建SystemServiceManager，它会对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理。在注释3中的startBootstrapServices方法中用SystemServiceManager启动了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服务。在注释4处的startCoreServices方法中则启动了DropBoxManagerService、BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。注释5处的startOtherServices方法中启动了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服务。这些服务的父类均为SystemService。从注释3、4、5的方法可以看出，官方把系统服务分为了三种类型，分别是引导服务、核心服务和其他服务，其中其他服务是一些非紧要和一些不需要立即启动的服务。这些系统服务总共有100多个，我们熟知的AMS属于引导服务，WMS属于其他服务，
本文要讲的PMS属于引导服务，因此这里列出引导服务以及它们的作用，见下表。
查看启动引导服务的注释3处的startBootstrapServices方法。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void startBootstrapServices() {
...
traceBeginAndSlog("StartPackageManagerService");
mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext,installer,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF,mOnlyCore);//1
mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();//2
mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();
traceEnd();
...
}
注释1处的PMS的main方法主要用来创建PMS，其中最后一个参数mOnlyCore代表是否只扫描系统的目录，它在本篇文章中会出现多次，一般情况下它的值为false。注释2处获取boolean类型的变量mFirstBoot，它用于表示PMS是否首次被启动。mFirstBoot是后续WMS创建时所需要的参数，从这里就可以看出系统服务之间是有依赖关系的，它们的启动顺序不能随意被更改。
2. PMS构造方法
PMS的main方法如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
public static PackageManagerService main(Context context,Installer installer,boolean factoryTest,boolean onlyCore) {
PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties();
PackageManagerService m = new PackageManagerService(context,factoryTest,onlyCore);
m.enableSystemUserPackages();
ServiceManager.addService("package",m);
return m;
}
main方法主要做了两件事，一个是创建PMS对象，另一个是将PMS注册到ServiceManager中。
PMS的构造方法大概有600多行，分为5个阶段，每个阶段会打印出相应的EventLog，EventLog用于打印Android系统的事件日志。
-
BOOT_PROGRESS_PMS_START（开始阶段）
-
BOOT_PROGRESS_PMS_SYstem_SCAN_START（扫描系统阶段）
-
BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START（扫描Data分区阶段）
-
BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END（扫描结束阶段）
-
BOOT_PROGRESS_PMS_READY（准备阶段）
2.1 开始阶段
PMS的构造方法中会获取一些包管理需要属性，如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
public PackageManagerService(Context context,boolean onlyCore) {
LockGuard.installLock(mPackages,LockGuard.INDEX_PACKAGES);
Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER,"create package manager");
//打印开始阶段日志
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_START,SystemClock.uptimeMillis())
...
//用于存储屏幕的相关信息
mMetrics = new displayMetrics();
//Settings用于保存所有包的动态设置
mSettings = new Settings(mPackages);
//在Settings中添加多个默认的sharedUserId
mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.system",Process.SYstem_UID,ApplicationInfo.FLAG_SYstem,ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);//1
mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.phone",RAdio_UID,ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.log",LOG_UID,ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED);
...
mInstaller = installer;
//创建Dex优化工具类
mPackageDexOptimizer = new PackageDexOptimizer(installer,mInstallLock,context,"*dexopt*");
mDexManager = new DexManager(this,mPackageDexOptimizer,mInstallLock);
mMoveCallbacks = new MoveCallbacks(FgThread.get().getLooper());
mOnPermissionchangelisteners = new OnPermissionchangelisteners(
FgThread.get().getLooper());
getDefaultdisplayMetrics(context,mMetrics);
Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER,"get system config");
//得到全局系统配置信息。
SystemConfig systemConfig = SystemConfig.getInstance();
//获取全局的groupId
mGlobalgids = systemConfig.getGlobalgids();
//获取系统权限
mSystemPermissions = systemConfig.getSystemPermissions();
mAvailableFeatures = systemConfig.getAvailableFeatures();
Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
mProtectedPackages = new ProtectedPackages(mContext);
//安装APK时需要的锁，保护所有对installd的访问。
synchronized (mInstallLock) {//1
//更新APK时需要的锁，保护内存中已经解析的包信息等内容
synchronized (mPackages) {//2
//创建后台线程ServiceThread
mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND,true /*allowIo*/);
mHandlerThread.start();
//创建PackageHandler绑定到ServiceThread的消息队列
mHandler = new PackageHandler(mHandlerThread.getLooper());//3
mProcessLoggingHandler = new ProcessLoggingHandler();
//将PackageHandler添加到Watchdog的检测集中
Watchdog.getInstance().addThread(mHandler,WATCHDOG_TIMEOUT);//4
mDefaultPermissionPolicy = new DefaultPermissionGrantPolicy(this);
mInstantAppRegistry = new InstantAppRegistry(this);
//在Data分区创建一些目录
File dataDir = Environment.getDataDirectory();//5
mAppInstallDir = new File(dataDir,"app");
mAppLib32InstallDir = new File(dataDir,"app-lib");
mAsecInternalPath = new File(dataDir,"app-asec").getPath();
mDrmAppPrivateInstallDir = new File(dataDir,"app-private");
//创建多用户管理服务
sUserManager = new UserManagerService(context,this,new UserDataPreparer(mInstaller,mContext,mOnlyCore),mPackages);
...
mFirstBoot = !mSettings.readLPw(sUserManager.getUsers(false))//6
...
}
在开始阶段中创建了很多PMS中的关键对象并赋值给PMS中的成员变量，下面简单介绍这些成员变量。
-
mSettings ：用于保存所有包的动态设置。注释1处将系统进程的sharedUserId添加到Settings中，sharedUserId用于进程间共享数据，比如两个App的之间的数据是不共享的，如果它们有了共同的sharedUserId，就可以运行在同一个进程中共享数据。
-
mInstaller ：Installer继承自SystemService，和PMS、AMS一样是系统的服务（虽然名称不像是服务），PMS很多的操作都是由Installer来完成的，比如APK的安装和卸载。在Installer内部，通过IInstalld和installd进行Binder通信，由位于nativie层的installd来完成具体的操作。
-
mPackageDexOptimizer ： Dex优化的工具类。
-
mHandler（PackageHandler类型） ：PackageHandler继承自Handler，在注释3处它绑定了后台线程ServiceThread的消息队列。PMS通过PackageHandler驱动APK的复制和安装工作，具体的请看在Android PMS处理APK的安装这篇文章。
PackageHandler处理的消息队列如果过于繁忙，有可能导致系统卡住， 因此在注释4处将它添加到Watchdog的监测集中。
Watchdog主要有两个用途，一个是定时检测系统关键服务（AMS和WMS等）是否可能发生死锁，还有一个是定时检测线程的消息队列是否长时间处于工作状态（可能阻塞等待了很长时间）。如果出现上述问题，Watchdog会将日志保存起来，必要时还会杀掉自己所在的进程，也就是SystemServer进程。 -
sUserManager（UserManagerService类型） ：多用户管理服务。
除了创建这些关键对象，在开始阶段还有一些关键代码需要去讲解：
-
注释1处和注释2处加了两个锁，其中mInstallLock是安装APK时需要的锁，保护所有对installd的访问；mPackages是更新APK时需要的锁，保护内存中已经解析的包信息等内容。
-
注释5处后的代码创建了一些Data分区中的子目录，比如/data/app。
-
注释6处会解析packages.xml等文件的信息，保存到Settings的对应字段中。packages.xml中记录系统中所有安装的应用信息，包括基本信息、签名和权限。如果packages.xml有安装的应用信息，那么注释6处Settings的readLPw方法会返回true，mFirstBoot的值为false，说明PMS不是首次被启动。
2.2 扫描系统阶段
...
public PackageManagerService(Context context,boolean onlyCore) {
...
//打印扫描系统阶段日志
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SYstem_SCAN_START,startTime);
...
//在/system中创建framework目录
File frameworkdir = new File(Environment.getRootDirectory(),"framework");
...
//扫描/vendor/overlay目录下的文件
scanDirTracedLI(new File(vendOR_OVERLAY_DIR),mDefParseFlags
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem_DIR
| PackageParser.PARSE_TRUSTED_OVERLAY,scanFlags | SCAN_TRUSTED_OVERLAY,0);
mParallelPackageParserCallback.findStaticOverlayPackages();
//扫描/system/framework 目录下的文件
scanDirTracedLI(frameworkdir,mDefParseFlags
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem_DIR
| PackageParser.PARSE_IS_PRIVILEGED,scanFlags | SCAN_NO_DEX,0);
final File privilegedAppDir = new File(Environment.getRootDirectory(),"priv-app");
//扫描 /system/priv-app 目录下的文件
scanDirTracedLI(privilegedAppDir,scanFlags,0);
final File systemAppDir = new File(Environment.getRootDirectory(),"app");
//扫描/system/app 目录下的文件
scanDirTracedLI(systemAppDir,mDefParseFlags
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem_DIR,0);
File vendorAppDir = new File("/vendor/app");
try {
vendorAppDir = vendorAppDir.getCanonicalFile();
} catch (IOException e) {
// Failed to look up canonical path,continue with original one
}
//扫描 /vendor/app 目录下的文件
scanDirTracedLI(vendorAppDir,0);
//扫描/oem/app 目录下的文件
final File oemAppDir = new File(Environment.getoemDirectory(),"app");
scanDirTracedLI(oemAppDir,0);
//这个列表代表有可能有升级包的系统App
final List<String> possiblyDeletedUpdatedSystemApps = new ArrayList<String>();//1
if (!mOnlyCore) {
Iterator<PackageSetting> psit = mSettings.mPackages.values().iterator();
while (psit.hasNext()) {
PackageSetting ps = psit.next();
if ((ps.pkgFlags & ApplicationInfo.FLAG_SYstem) == 0) {
continue;
}
//这里的mPackages的是PMS的成员变量，代表scanDirTracedLI方法扫描上面那些目录得到的
final PackageParser.Package scannedPkg = mPackages.get(ps.name);
if (scannedPkg != null) {
if (mSettings.isdisabledSystemPackageLPr(ps.name)) {//2
...
//将这个系统App的PackageSetting从PMS的mPackages中移除
removePackageLI(scannedPkg,true);
//将升级包的路径添加到mExpectingBetter列表中
mExpectingBetter.put(ps.name,ps.codePath);
}
continue;
}
if (!mSettings.isdisabledSystemPackageLPr(ps.name)) {
...
} else {
final PackageSetting disabledPs = mSettings.getdisabledSystemPkgLPr(ps.name);
//这个系统App升级包信息在mdisabledSysPackages中,但是没有发现这个升级包存在
if (disabledPs.codePath == null || !disabledPs.codePath.exists()) {//5
possiblyDeletedUpdatedSystemApps.add(ps.name);//
}
}
}
}
...
}
/system可以称作为System分区，里面主要存储谷歌和其他厂商提供的Android系统相关文件和框架。Android系统架构分为应用层、应用框架层、系统运行库层（Native 层）、硬件抽象层（HAL层）和Linux内核层，除了Linux内核层在Boot分区，其他层的代码都在System分区。下面列出 System分区的部分子目录。
上面的代码还涉及到/vendor 目录，它用来存储厂商对Android系统的定制部分。
系统扫描阶段的主要工作有以下3点：
-
创建/system的子目录，比如/system/framework、/system/priv-app和/system/app等等
-
扫描系统文件，比如/vendor/overlay、/system/framework、/system/app等等目录下的文件。
-
对扫描到的系统文件做后续处理。
主要来说第3点，一次OTA升级对于一个系统App会有三种情况：
-
这个系统APP无更新。
-
这个系统APP有更新。
-
新的OTA版本中，这个系统APP已经被删除。
当系统App升级，PMS会将该系统App的升级包设置数据（PackageSetting）存储到Settings的mdisabledSysPackages列表中（具体见PMS的replaceSystemPackageLIF方法），mdisabledSysPackages的类型为ArrayMap<String,PackageSetting>。mdisabledSysPackages中的信息会被PMS保存到packages.xml中的<updated-package>标签下（具体见Settings的writedisabledSysPackageLPr方法）。
注释2处说明这个系统App有升级包，那么就将该系统App的PackageSetting从mdisabledSysPackages列表中移除，并将系统App的升级包的路径添加到mExpectingBetter列表中，mExpectingBetter的类型为ArrayMap<String,File>等待后续处理。
注释5处如果这个系统App的升级包信息存储在mdisabledSysPackages列表中，但是没有发现这个升级包存在，则将它加入到possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表中，意为“系统App的升级包可能被删除”，之所以是“可能”，是因为系统还没有扫描Data分区，只能暂放到possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表中，等到扫描完Data分区后再做处理。
2.3 扫描Data分区阶段
public PackageManagerService(Context context,boolean onlyCore) {
...
mSettings.prunesharedUsersLPw();
//如果不是只扫描系统的目录，那么就开始扫描Data分区。
if (!mOnlyCore) {
//打印扫描Data分区阶段日志
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START,SystemClock.uptimeMillis());
//扫描/data/app目录下的文件
scanDirTracedLI(mAppInstallDir,scanFlags | SCAN_REQUIRE_KNowN,0);
//扫描/data/app-private目录下的文件
scanDirTracedLI(mDrmAppPrivateInstallDir,mDefParseFlags
| PackageParser.PARSE_FORWARD_LOCK,0);
//扫描完Data分区后，处理possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表
for (String deletedAppName : possiblyDeletedUpdatedSystemApps) {
PackageParser.Package deletedPkg = mPackages.get(deletedAppName);
// 从mSettings.mdisabledSysPackages变量中移除去此应用
mSettings.removedisabledSystemPackageLPw(deletedAppName);
String msg;
//1：如果这个系统App的包信息不在PMS的变量mPackages中，说明是残留的App信息，后续会删除它的数据。
if (deletedPkg == null) {
msg = "Updated system package " + deletedAppName
+ " no longer exists; it's data will be wiped";
// Actual deletion of code and data will be handled by later
// reconciliation step
} else {
//2：如果这个系统App在mPackages中，说明是存在于Data分区，不属于系统App，那么移除其系统权限。
msg = "Updated system app + " + deletedAppName
+ " no longer present; removing system privileges for "
+ deletedAppName;
deletedPkg.applicationInfo.flags &= ~ApplicationInfo.FLAG_SYstem;
PackageSetting deletedPs = mSettings.mPackages.get(deletedAppName);
deletedPs.pkgFlags &= ~ApplicationInfo.FLAG_SYstem;
}
logCriticalInfo(Log.WARN,msg);
}
//遍历mExpectingBetter列表
for (int i = 0; i < mExpectingBetter.size(); i++) {
final String packageName = mExpectingBetter.keyAt(i);
if (!mPackages.containsKey(packageName)) {
//得到系统App的升级包路径
final File scanFile = mExpectingBetter.valueAt(i);
logCriticalInfo(Log.WARN,"Expected better " + packageName
+ " but never showed up; reverting to system");
int reparseFlags = mDefParseFlags;
//3：根据系统App所在的目录设置扫描的解析参数
if (FileUtils.contains(privilegedAppDir,scanFile)) {
reparseFlags = PackageParser.PARSE_IS_SYstem
| PackageParser.PARSE_IS_SYstem_DIR
| PackageParser.PARSE_IS_PRIVILEGED;
}
...
//将packageName对应的包设置数据（PackageSetting）添加到mSettings的mPackages中
mSettings.enableSystemPackageLPw(packageName);//4
try {
//扫描系统App的升级包
scanPackageTracedLI(scanFile,reparseFlags,null);//5
} catch (PackageManagerException e) {
Slog.e(TAG,"Failed to parse original system package: "
+ e.getMessage());
}
}
}
}
//清除mExpectingBetter列表
mExpectingBetter.clear();
...
}
/data可以称为Data分区，它用来存储所有用户的个人数据和配置文件。下面列出Data分区部分子目录：
扫描Data分区阶段主要做了以下几件事：
-
扫描/data/app和/data/app-private目录下的文件。
-
遍历possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表，注释1处如果这个系统App的包信息不在PMS的变量mPackages中，说明是残留的App信息，后续会删除它的数据。注释2处如果这个系统App的包信息在mPackages中，说明是存在于Data分区，不属于系统App，那么移除其系统权限。
-
遍历mExpectingBetter列表，注释3处根据系统App所在的目录设置扫描的解析参数，注释4处的方法内部会将packageName对应的包设置数据（PackageSetting）添加到mSettings的mPackages中。注释5处扫描系统App的升级包，最后清除mExpectingBetter列表。
2.4 扫描结束阶段
//打印扫描结束阶段日志
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END,SystemClock.uptimeMillis());
Slog.i(TAG,"Time to scan packages: "
+ ((SystemClock.uptimeMillis()-startTime)/1000f)
+ " seconds");
int updateFlags = UPDATE_PERMISSIONS_ALL;
// 如果当前平台SDK版本和上次启动时的SDK版本不同，重新更新APK的授权
if (ver.sdkVersion != mSdkVersion) {
Slog.i(TAG,"Platform changed from " + ver.sdkVersion + " to "
+ mSdkVersion + "; regranting permissions for internal storage");
updateFlags |= UPDATE_PERMISSIONS_REPLACE_PKG | UPDATE_PERMISSIONS_REPLACE_ALL;
}
updatePermissionsLPw(null,null,StorageManager.UUID_PRIVATE_INTERNAL,updateFlags);
ver.sdkVersion = mSdkVersion;
//如果是第一次启动或者是Android M升级后的第一次启动，需要初始化所有用户定义的默认首选App
if (!onlyCore && (mPromoteSystemApps || mFirstBoot)) {
for (UserInfo user : sUserManager.getUsers(true)) {
mSettings.applyDefaultPreferredAppsLPw(this,user.id);
applyFactoryDefaultbrowserLPw(user.id);
primeDomainVerificationsLPw(user.id);
}
}
...
//OTA后的第一次启动，会清除代码缓存目录。
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)) {
clearappDataLIF(ps.pkg,UserHandle.USER_ALL,StorageManager.FLAG_STORAGE_DE | StorageManager.FLAG_STORAGE_CE
| Installer.FLAG_CLEAR_CODE_CACHE_ONLY);
}
}
ver.fingerprint = Build.FINGERPRINT;
}
...
// 把Settings的内容保存到packages.xml中
mSettings.writeLPr();
Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
扫描结束结束阶段主要做了以下几件事：
2.5 准备阶段
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_READY,SystemClock.uptimeMillis());
...
mInstallerService = new PackageInstallerService(context,this);//1
...
Runtime.getRuntime().gc();//2
Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER,"loadFallbacks");
FallbackCategoryProvider.loadFallbacks();
Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
mInstaller.setWarnIfheld(mPackages);
LocalServices.addService(PackageManagerInternal.class,new PackageManagerInternalImpl());//3
Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
}
注释1处创建PackageInstallerService，PackageInstallerService是用于管理安装会话的服务，它会为每次安装过程分配一个SessionId，在Android包管理机制之PackageInstaller安装APK这篇文章中提到过PackageInstallerService。
注释2处进行一次垃圾收集。注释3处将PackageManagerInternalImpl（PackageManager的本地服务）添加到LocalServices中，
LocalServices用于存储运行在当前的进程中的本地服务。
3. 总结
本篇文章介绍了PMS的创建过程，分为两个部分，分别是SyetemServer处理部分和PMS构造方法，PMS构造方法又分为5个部分，分别是开始阶段、扫描系统阶段、扫描Data分区阶段、扫描结束阶段和准备阶段。
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