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Android 嵌入式系统软件开发

Android 嵌入式系统软件开发. Android Embedded System Software Development 周 庆 国 （ zhouqg@lzu.edu.cn ） 兰 州 大 学. 第三章 Android 系统相关工具及环境库. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 系统底层库和程序的结构. 文件系统介绍. shell 和 toolbox 工具介绍. C 语言底层库 libcutils. C++ 工具库 libutils. busybox 移植介绍. init 进程.

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  1. Android嵌入式系统软件开发 Android Embedded System Software Development 周 庆 国 （zhouqg@lzu.edu.cn） 兰 州 大 学

  2. 第三章Android系统相关工具及环境库 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 系统底层库和程序的结构 文件系统介绍 shell和toolbox工具介绍 C语言底层库libcutils C++工具库libutils busybox移植介绍 init进程

  3. 3.1 底层库和程序的结构 返回首页 Android的本地实现层次具有基本的库和程序,是Android基本系统运行的基础,主要包含: (1)标准C/C++库Bionic (2)C语言工具库libcutils   (3)init进程   (4)shell工具   (5)C++工具库libutils 3

  4. 3.2 Android文件系统介绍 Android文件系统的结构 Android源码编译后得到system.img，ramdisk.img，userdata.img(采用cpio打包、gzip压缩)映像文件。 其中，ramdisk.img是整个文件系统， system.img包括了主要的包、库等文件，userdata.img包括了一些用户数据。 平台加载这三个映像文件后，会把 system和 userdata分别加载到 ramdisk文件系统中的system和 userdata目录下。 4

  5. 文件系统介绍 5

  6. 文件系统介绍 cache ： 缓存临时文件夹，除了T-mobile的 OTA更新外，别无用处 mnt ：SD卡中的FAT32文件系统挂载的目录 etc ： 指向 /system/etc ，配置文件存放目录 system ：Android根文件系统中一个很重要 的目录，系统中的大部分东西都在这里了 6

  7. 文件系统介绍 sys ：用于挂载 sysfs文件系统。 在设备模型中，sysfs文件系统用来表示设备的结构。将设备的层次结构形象的反应到用户空间中。用户空间可以修改sysfs中的文件属性来修改设备的属性值 。 sbin ： 存放用于调试的adbd程序等系统管理工具 proc ：/proc 文件系统下的多种文件提供的系统信息不是针对某个特定进程的，而是能够在整个系统范围的上下文中使用 data ：存放用户安装的软件 以及各种数据 root ：暂无内容 dev ：设备节点文件目录 7

  8. 分离Android文件系统 • system.img,ramdisk.img,userdata.img映像文件是采用cpio打包、gzip压缩的，可以通过file命令验证: • file ramdisk.img • 输出： ramdisk.img: gzip compressed data, from Unix, last modified: Wed Mar 18 18:16:10 2011 8

  9. 分离Android文件系统 Android源码编译后除了生成system.img，userdata.img之外还生成system和 userdata文件夹，因此不需要解压它们。 Android源码编译后还生成root文件夹，其实root下的文件与 ramdisk.img 里的文件是一样的，不过这里还是介绍怎样把 ramdisk.img解压出来: 将ramdisk.img复制一份到任何其他目录下，将其名称改为ramdisk.img.gz，并使用命令 gunzip ramdisk.img.gz 9

  10. 分离Android文件系统 返回首页 • 然后新建一个文件夹，叫ramdisk，进入，输入命令 cpio -i -F ../ramdisk.img • 这下，你就能看见并操作ramdisk里面的内容了。 • 然后把Android源码编译后生成的system和 userdata里的文件复制到 ramdisk/system和 ramdisk/userdata下。这样就得到一个文件系统了。 10

  11. 3.3 shell和toolbox工具 返回首页 Init.rc脚本： service console /system/bin/sh console 代码：system/core/sh 代码位于：system/core/toolbox 。 编译后路径： /system/bin/toolbox 命令符号将连接到toolbox可执行程序上。 命令源文件： int {xxx}_main(int argc,char **argv){ } 增加新命令，需在Android.mk中加入命令的相应名称。 11

  12. 3.4 C语言底层库libcutils 返回首页 头文件：system/core/include/cutils 源文件：system/core/libcutils 编译结果：libcutils.so 主要头文件： threads.h ：线程 sockets.h :：Android 的套接字 properties.h ： Android 的属性 log.h :：log 信息 array.h ：数组 ashmem.h ：匿名共享内存 atomic.h ：原子操作 mq.h ：消息队列 12

  13. 3.5 C++工具库libutils 头文件：frameworks/base/include/utils 源文件：frameworks/base/libs/cutils 编译结果：libutils.so 该库分成两个部分： (1)底层的工具 (2)实现主要为实现IPC（进程间通讯）的Binder机制 13

  14. C++工具库libutils 公共库部分主要包含的头文件如下所示： Errors.h：定义宏表示错误代码Endian.h：定义表示大小端的宏misc.h：几个字符串和文件相关的功能函数TextOutput.h：定义文本输出的基类TextOutputBufferedTextOutput.h：类BufferedTextOutput，它是一个TextOutput的实现Pipe.h：定义管道类PipeBuffer.h：定义内存缓冲区域的类BufferList.h：定义链表的模版类SharedBuffer.h：定义类SharedBuffer表示共享内存。String16.h：定义表示双字节字符串的类String16String8.h：定义表示单字节字符串的类String8，并包含了从String16转换功能 14

  15. C++工具库libutils VectorImpl.h：定义表示向量的类VectorImplVector.h：定义继承VectorImpl的类模版Vector，以及排序向量类SortedVectorImplSortedVector.h：定义排序向量的模版SortedVectorKeyedVector.h：定义使用关键字的向量模板KeyedVectorthreads.h：定义线程相关的类，包括线程Thread、互斥量Mutex、条件变量Condition、读写锁ReadWriteLock等socket.h：定义套结字相关的类SocketTimers.h：定义时间相关的函数和定时器类DurationTimer ZipEntry.h、ZipFileCRO.h、ZipFile.h、ZipFileRO.h、ZipUtils.h：与zip功能相关的类。 15

  16. C++工具库libutils Binder进程间通讯部分 RefBase.h：引用计数，定义类RefBase。Parcel.h：为在IPC中传输的数据定义容器，定义类ParcelIBinder.h：Binder对象的抽象接口， 定义类IBinderBinder.h：Binder对象的基本功能， 定义类Binder和BpRefBaseBpBinder.h：BpBinder的功能，定义类BpBinderIInterface.h：为抽象经过Binder的接口定义通用类，定义类IInterface，类模板BnInterface，类模板BpInterfaceProcessState.h：表示进程状态的类，定义类ProcessStateIPCThreadState.h：表示IPC线程的状态，定义类IPCThreadState IServiceManager.h：表示服务管理器的类，供其它需要构造服务的类使用IPermissionController.h：权限控制类。 16

  17. C++工具库libutils 返回首页 几个与内存相关的类的头文件如下所示：IMemory.h：定义内存相关类的接口，表示堆内存的类IMemoryHeap和BnMemoryHeap，表示一般内存的类IMemory和BnMemory。MemoryHeapBase.h：定义类MemoryHeapBase，继承并实现BnMemoryHeapMemoryBase.h：定义类MemoryBase，继承并实现BnMemory在一般的使用过程中，通常是以使用MemoryHeapBase类分配一块堆内存（类似malloc），而MemoryBase表示从一块分配好堆内存中的一部分内存。此外内存相关的功能中还包含了头文件MemoryDealer.h和MemoryHeapPmem.h。 17

  18. 3.6 busybox移植介绍 （1）在Android SHELL 中无法使用命令自动补全功能，同时，使用上下键无法翻转和查看之前相关的历史命令。 （2）也没提供诸如find、grep等一些较高级的功能命令。 18

  19. busybox移植介绍 Google没有使用传统的标准的glibc来作为C库使用，而是自己重新开发了bionic来作为其Android上的C库使用。 同时，Google官方公布的Toolchain工具链也只是基于bionic C库而开发的。 网上多数有关Android busybox方面的移植内容一般都是基于CODESOURCERY的交叉编译工具链来完成相应的编译开发工作的，通常来说这钟方式不太合理的 19

  20. busybox移植介绍 基于静态链接编译的busybox中的命令有些在Android上是无法使用或者是可以使用但其功能并不完全，比如：ping命令等。介于基于Android bionic C库比传统标准的glibc存在的优点，对busybox的移植策略并不像网上大多数网友那样静态地链接到（基于）传统的标准的glibc库上，而是基于Android自身的bionic C库和Toolchain交叉编译工具链而来的。 20

  21. busybox移植介绍 基于CM的busybox源代码移植工作。 （1）首先，下载CM 的busybox源代码，同时，解压进Android源代码的external/busybox目录中。 （2）添加stdio.h头文件到external/busybox目录中的下列文件之中： coreutile/df.c 、util-linux/mount.c 、util-linux/umount.c 21

  22. busybox移植介绍 （3）如果是froyo之前的版本，需在bionic/libc/include/sys/resource.h中添加下列定义语句：typedef unsigned long rlim_t; （4）在Android.mk中设置CYANOGEN_BIONIC变量开关的值CYANOGEN_BIONIC:=true （5）编译busybox derek@derek-ThinkPad-Edge: ~/Android/wholeplatform/froyo_blcr$ make –j4 busybox 22

  23. busybox移植介绍 # mount -o remount,rw /dev/block/mtdblock0 /system # cat /sdcard/busybox > /system/xbin/busybox # mount -o remount,ro /dev/block/mtdblock0 /system # cd system/xbin # chmod 755 busybox # busybox sh # busybox ls -lh system/xbin/busybox -rwxr-xr-x 1 root root 401.4K Jul 8 21:23 busybox 23

  24. busybox移植介绍 返回首页 编译移植过程，可知基于bionic C库动态移植编译的busybox（约400K）比基于bionic C库静态链接编译（约800K）和基于glibc静态链接编译的busybox（约1.8M）都要小的很多，这对于我们从事嵌入式系统开发来说是比较可观的。 24

  25. 3.7 Init进程 Init是Linux内核启动后的第一个真正意义上的用户空间程序，以守护进程的形式存在运行。 Init的相关内容位于Android源代码树system/core/init/目录中。 Init的初始化脚本语言可以参考Android源代码树system/core/init/readme.txt文件中的相关描述，而脚本中关键字的定义可以参考Android源代码树system/core/init/keywords.h文件中的相关描述。 25

  26. Init进程 在某些情况下，当我们为了调试或获得其他程序的一些相关信息，我们可以利用Android系统中自带的logwrapper程序来执行其他一些程序。这样就可以将错误或其他输出信息重定向到Android的Log系统中（即之后可以使用Logcat进行访问）。比如： service rild /system/bin/logwrapper /system/bin/rild 26

  27. Init进程 当平台启动时，kernel中的引导参数将会被设置为init=/init，从而当挂载文件系统成功后便会开始执行Init初始化程序。因此，需要分析Init初始化程序的执行流程，才能了解Init进程的行为。Init的入口点位于源代码树system/core/init/init.c的main函数中。 27

  28. Init进程 注册SIGCHILD子进程信号 umask进行重新归零 创建所需的基础文件系统/dev、/dev/pts（对应devpts）、/dev/socket、/proc（对应proc）、/sys（对应sysfs） 创建并打开虚拟的空设备/dev/null和/dev/kmsg 初始化Log日志系统 读取并解析init.rc 导入kernel命令行和ramdisk属性文件 获取相关的硬件名称信息 获取 init.<machine_name>.rc硬件相关的初始化脚本配置文件，并进行读取解析 28

  29. Init进程 遍历执行early-init的活动 设备初始化，sys目录，在/dev自动创建设备节点 属性进行初始化工作 ro.debuggable为真，则为keychord打开监听 开启控制台 解析initlogo.rle，在终端显示Android文本 导入kernel命令行参数，对系统属性进行相关的参数设置 遍历相关链表，执行带有init标志的活动 解析所有任何在system和data目录中的属性文件 建立SIGCHILD子进程信号处理机制 确认是否拥有了所需的所有管道（描述符） 29

  30. Init进程 遍历执行带有early-boot标志的活动 遍历执行带有boot标志的活动 运行属性触发器 使能属性触发器标志 添加管道device_fd、property_set_fd和signal_recv_fd、keychord_fd的轮询事件 如果支持、打开了BOOTCHART可视化分析，则需要相应地启动该分析功能 进入初始化进程的无限循环体，主要操作包括：重新复位revents接受状态、遍历执行Action队列、重新启动相关的必要的服务进程、轮询上述添加的管道（描述符），并调用相应的处理函数来完成执行流程 30

  31. 谢谢 31

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