Android L开始 APK 64bit 32bit 运行环境原理及决定运行环境的规则

正在上传…重新上传取消​WalkerXu发布于 2018-04-03

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自开发64bit Android L以来，遇到了很多关于64bit的问题，有编译的，有运行时的；编译方面的已经有一个文档介绍，这篇主要介绍64bit运行时，主要是APK的运行环境原理，以及谁决定了或如何让你的app运行在64bit或32bit的运行环境。

Android L 64bit系统里的进程

说到这里值得注意的是，在64bit Android L里，也并不是所有的进程都运行在64bit下，而且有的进程只运行在32bit下，比如mediaserver进程只有32bit。32Bit进程和64bit进程间跟其他进程一样通过binder进行通信。比如meidaplayer app运行在64bit环境，它要同过jni/binder调用到mediaserver进程里的服务。（见图1）
操作系统教科书里说好啊，系统资源是按照进程分配的，每个进程之间的资源是独立的。

zygote进程

要说APK的运行空间，肯定要说到zygote，zygote是一个非常重要的进程，zygote进程的建立是真正的Android运行空间。
以mtk6595为例看看zygote进程，发现有两个zygote一个是zygote64一个是zygote，他们分别对应了64bit和32bit的运行空间。（见图2）

屏幕快照 2018-04-03 下午3.39.46

 

root@mt6595:/ # ps | grep "zy"
root 306 1 2013256 59424 ffffffff a9fe73e4 S zygote64
root 309 1 1449624 53036 ffffffff f754d5c0 S zygote
在脚本里确实可以看到起了两个zygote进程，也可以看到system_server是64bit的
root@mt6595:/ # cat init.zygote64_32.rc
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server --socket-name=zygote
class main
socket zygote stream 660 root system
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart media
onrestart restart netd

service zygote_secondary /system/bin/app_process32 -Xzygote /system/bin --zygote --socket-name=zygote_secondary
class main
socket zygote_secondary stream 660 root system
onrestart restart zygote
zygote对应的执行文件在system/bin下
root@mt6595:/ # ls -l system/bin/ | grep "app"
lrwxr-xr-x root shell 2015-04-14 13:05 app_process -> app_process64
-rwxr-xr-x root shell 13672 2015-04-14 13:05 app_process32
-rwxr-xr-x root shell 18056 2015-04-14 13:05 app_process64
通过对zygote进程的分析，可以得出Android L 64bit APK运行环境可以是64bit也可以是32bit。

决定APK运行在32bit还是64bit环境下的规则

是谁决定了APK的运行时是32bit还是64bit呢？Packagemanager
Packagemanager为两个zygote进程做了处理，安装APP的时候，它把APP的ABI传给dexopt，这样dexopt就可以编译出对应abi的dex file。
比如app的abi是armeabi，那dexopt编译出dex file的运行环境就是32bit，如果app的abi是arm64-v8a那dexopt编译出的dex file运行环境是64bit.
那问题来了，如果app没有指定abi呢，如果app是system app呢？？

这就涉及到了一些规则：

1.对于第三方安装的APP

如果没有指定ABI，在Android L 64bit系统默认编译成64bit dex；如果已经指定了ABI则根据ABI编译出对应的dex，比如app的abi是armeabi，那dexopt编译出dex file的运行环境就是32bit，如果app的abi是arm64-v8a那dexopt编译出的dex file运行环境是64bit.
注意abi文件夹下一定要有so文件。
System.Loadlibrary的路径就分别是（有先后顺序）：
/data/data/packagename/lib
32bit的情况
/vender/lib
/system/lib
64bit的情况
/vender/lib64
/system/lib64
以dlna为例：
没指定abi:04-20 14:56:15.478 8844 8844 E AndroidRuntime: java.lang.UnsatisfiedLinkError: dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.example.testsystemloadlibray-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib64, /system/lib64]]] couldn't find "libdlna_jni.so"
指定abi:04-20 14:57:08.551 8950 8950 E AndroidRuntime: java.lang.UnsatisfiedLinkError: dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.example.testsystemloadlibray-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.example.testsystemloadlibray-1/lib/arm, /vendor/lib, /system/lib]]] couldn't find "libdlna_jni.so"

2.对于系统自带的放在/system/app或/system/priv-app根目录下的APP

由于获取不到abi信息，所以默认编译成64bit dex；也可以指定编译成32bit的dex。
如果想要APP编译出32bit的dex，可以在/system/lib下建一个与apk同名的文件夹，即/system/lib/apkname，该文件夹可以是空的，也可以放入对应的该app的32bit的so库，这样编译出的dex是32bit，即在32bit运行环境下运行。
反之，如果想强制编译出64bit的dex，也可以在/system/lib64/下做同样操作。
另外手动修改建文件夹必须重启机器。
比如/system/priv-app/TestSystemLoadlibrary.apk
System.Loadlibrary的路径就分别是（有先后顺序）：
默认编译成64bit的情况
/vender/lib64
/system/lib64
指定32bit编译
/system/lib/ TestSystemLoadlibrary
/vender/lib
/system/lib
指定64bit编译
/system/lib64/ TestSystemLoadlibrary
/vender/lib64
/system/lib64

3.对于系统自带的放在/system/app或/system/priv-app子目录下的APP

比如/system/priv-app/Video/Video.apk，也获取不到abi信息，所以默认编译成64bit dex；也可以编译成32bit dex。
方法是以Video为例：在/system/priv-app/Video下建立两级目录即/system/priv-app/Video/lib/arm该目录可以是空也可以放app的32bit so库，那app编译出的dex是32bit的运行在32bit的环境。
同理64bit也可以这样：/system/priv-app/Video/lib/arm64，app编译出的即是32bit dex，运行在32bit运行环境。
System.Loadlibrary的路径就分别是（有先后顺序）：
默认编译成64bit的情况
/vender/lib64
/system/lib64
指定32bit编译
/system/priv-app/lib/arm
/vender/lib
/system/lib
指定64bit编译
/system/priv-app/lib/arm64
/vender/lib64
/system/lib64

4.对于预编译的apk的情况

预编译时Android.mk中的LOCAL_MULTILIB不直接影响运行时，它的编译结果在运行时仍遵循上述规则1，2，3
肯定会想到Android.mk的LOCAL_MULTILIB := 32; LOCAL_MULTILIB := both，通过LOCAL_MULTILIB来指定编译的abi
通过实验，得出结论:
4.1.Android.mk的LOCAL_MULTILIB在纯java app编译中，编译出的apk运行时不受LOCAL_MULTILIB影响，也就是说LOCAL_MULTILIB不起作用，解开LOCAL_MULTILIB 不设置和设置LOCAL_MULTILIB ：= 32编译出来的apk结构上没有区别。
4.2.Android.mk的LOCAL_MULTILIB在纯java app带jni或第三方库的编译中，
C/C++工程中的Android.mk中的LOCAL_MULTILIB用来指定编译出来的so/.a的是32bit还是64bit，该flag不设置，默认编译出64bit so，设置该flag为32编译出32bit so，设置该flag为both编译出32bit和64bit的so。
Java工程中的Android.mk中的LOCAL_MULTILIB配合LOCAL_JNI_SHARED_LIBRARIES := libxxx_jni，如果
LOCAL_MULTILIB不设置，默认将64bit的so拷贝到/system/app/appname/lib/arm64下，如果LOCAL_MULTILIB设置为32，则将32bit的so拷贝到/system/app/appname/lib/arm下，如果LOCAL_MULTILIB设置为both，则将32bit和64bit的so分别拷贝到/system/app/appname/arm和/system/app/appname/arm64，这样间接对运行时产生影响。

4.1.如下试验（纯java app）：分别不设置LOCAL_MULTILIB和LOCAL_MULTILIB为32编译出两个HTMLViewer.apk，该apk activity create的时候会System.loadlibrary(“dlna_jni”)，libdlna_jni.so已经从系统移除。
两个apk都去load lib64下的so 。可见LOCAL_MULTILIB对纯java app运行时无影响。
04-21 12:34:53.139 11007 11007 E AndroidRuntime: java.lang.UnsatisfiedLinkError: dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/system/app/HTMLViewer/HTMLViewer.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib64, /system/lib64]]] couldn't find "libdlna_jni.so"

4.2.试验结果如下(带jni，java app)：
不设置LOCAL_MULTILIB编译结果
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls
Bluetooth.apk lib
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/
arm64
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/arm
64
libbluetooth_jni.so
设置LOCAL_MULTILIB为32的编译结果
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls
Bluetooth.apk lib
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/
arm
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/arm
libbluetooth_jni.so
设置LOCAL_MULTILIB为both的编译结果
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls
Bluetooth.apk lib
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/
arm arm64
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/arm
libbluetooth_jni.so
xuzhenming@xuzhenming:~/platform/m85_base/out/target/product/meizu6795_lwt_l/system/app/Bluetooth$ ls lib/arm64
libbluetooth_jni.so

总结：

Android L 64bit通过双zygote的设计兼容64bit和32bit APP运行；app是运行在32bit还是64bit是由编译出的dex file决定的，而dex file是32bit还是64bit是由一系列规则决定的，善加利用这些规则，可以让你的app随意load /system/lib或/system/lib64下的库，因为load哪个下边的库是由该进程的运行环境来决定的，对于app就是dex决定的，进程是32bit运行环境laod /system/lib是64bit运行环境laod /system/lib64

刚出64bit的时候写的内容可能没有那么准确了。

apk so库打包规则

apk 在安装的时候 package manager service 会将 libs 下的库拷贝到两个文件夹
一个是/data/data/YourPackageName/lib
一个是/data/app/YourPackageName-1/lib/arm
目前经过试验和参考 android 代码发现，在 4.2 及以后的版本中，拷贝规则如下
1.首选 abi 规则
及你的配置文件中 abi 有如下定义
ro.product.cpu.abi=armeabi-v7a ro.product.cpu.abi2=armeabi ro.product.cpu.abilist=armeabi-v7a,armeabi ro.product.cpu.abilist32=armeabi-v7a,armeabi ro.product.cpu.abilist64=
那首选 abi 就是 armeabi-v7a
对应的如果你到 app 下有 armeabi 和 armeabi-v7a 两个文件夹，那只有 armeabi-v7a
下边的库会被拷贝到/data/data/YourPackageName/lib 2.次 abi 规则
如果你的 app 下只有 armeabi 文件夹，那 armeabi 下的库会被拷贝到 /data/data/YourPackageName/lib
armeabi 编译的库在 arm 架构中是比较通用的
3.google 的设计估计是想每个 arch 都让你准备一份代码，更容易跨 cpu 使用，因为 可能架构多了，涉及到 arm32,arm64,x86_32,x86_64,mips_32, mips_64

按之前的设计无论首选 abi 和次 abi 中的 so 库都会拷贝到 /data/data/YourPackageName/lib，如果首选 abi 和次 abi 文件夹中有重复的库首选 abi 的库会覆盖次 abi 的库，以此类推，架构多了，好多架构的库就会都在同一个 文件夹/data/data /YourPackageName/lib 和/data/app/YourPackageName-1/lib/arm
有点乱，我猜 google 是这么想的 这样的话 app 又会变大
对于我们 app 打包 so
1.把所有库打包到一个 abi 文件夹，仅限于 32 位，64 位没试过，不管是 armeabi
还是 armeabi-v7a 都打包到一个 abi 文件夹，也可以用
2.按照 google 的设计，每个 abi 文件夹里打包一份全的 so，app 会变大 google 怎么解

apk链接系统库有两点注意：

1.Android N上的规则变化：https://developer.android.goo...

针对ndk的应用，简言之就是app不要随便链接system/lib下的系统库或放在system/lib下的私有库

2.app使用的私有库最好起个专有的名字，不要和system/lib下的库重名

针对以上两点，第三方应用非system app和system app要分开来看

1).对于第三方应用，必须遵循第1点，保证能在所有android版本上运行，尤其是android N；

可以通过readelf -dl libxxx.so来查看链接了哪些库，如果有些库不是自己私有的又不在这个列表里就要小心了

system_libs := \
android \
c \
dl \
jnigraphics \
log \
m \
m_hard \
stdc++ \
z \
EGL \
GLESv1_CM \
GLESv2 \
GLESv3 \
vulkan \
OpenSLES \
OpenMAXAL \
mediandk \
atomic

可以不遵循第2点，因为第三方app，无论是androidruntime加载比如System.loadlibrary，还是动态链接比如a.so被runtime加载，它又链接了b.so，

这种情况下加载的第一优先目录永远是/data/app/com.xxx.appname/lib/arm(arm64)；

所以即使你的库与system/lib下的库重名，只要在apk里都会被正确加载

2).对于system app，可以不遵循第1点，但必须遵循第2点

因为system app

（1）runtime比如System.loadlibrary加载的路径优先顺序是：

/system/priv-app/Music/lib/arm, /system/fake-libs,
/system/priv-app/Music/app-xxxhdpi-debug.apk!/lib/armeabi, /system/lib, /vendor/lib, /system/vendor/lib, /custom/lib

（2）但动态链接的时候，优先级发生了变化，system/lib是第一位置的，所以如果你的被动态链接的私有库和system/lib的库重名了，那你的库不能被动态加载

这个变化应该是在android6.0上开始的，之前应该和runtime加载库的行为一致

最后

当然最好是同时满足这两点，那你的apk被放在哪个android版本，放在哪个位置都是ok的。

另外可通过gradle中配置

splits {
      abi {
          enable true
          reset()
          include *//*'x86', 'x86_64', *//*'armeabi-v7a', 'arm64-v8a'
          universalApk false
      }
  }

生成各平台包