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深入讲解Android Property机制

悠然红茶
 悠然红茶
发布于 2015/03/21 00:29
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深入讲解Android Property机制


侯亮


1      概述

     Android系统(本文以Android 4.4为准)的属性(Property)机制有点儿类似Windows系统的注册表,其中的每个属性被组织成简单的键值对(key/value)供外界使用。

     我们可以通过在adb shell里敲入getprop命令来获取当前系统的所有属性内容,而且,我们还可以敲入类似“getprop 属性名”的命令来获取特定属性的值。另外,设置属性值的方法也很简单,只需敲入“setprop 属性名 新值”命令即可。

可是问题在于我们不想只认识到这个层次,我们希望了解更多一些Property机制的运作机理,而这才是本文关心的重点。

     说白了,Property机制的运作机理可以汇总成以下几句话:
1)  系统一启动就会从若干属性脚本文件中加载属性内容;
2)  系统中的所有属性(key/value)会存入同一块共享内存中;
3)  系统中的各个进程会将这块共享内存映射到自己的内存空间,这样就可以直接读取属性内容了;
4)  系统中只有一个实体可以设置、修改属性值,它就是属性服务(Property Service);
5)  不同进程只可以通过socket方式,向属性服务发出修改属性值的请求,而不能直接修改属性值;
6)  共享内存中的键值内容会以一种字典树的形式进行组织。

Property机制的示意图如下:

 

2      Property Service

2.1  init进程里的Property Service

Property Service实体其实是在init进程里启动的。我们知道,initLinux系统中用户空间的第一个进程。它负责创建系统中最关键的几个子进程,比如zygote等等。在本节中,我们主要关心init进程是如何启动Property Service的。

我们查看core/init/Init.c文件,可以看到init进程的main()函数,它里面和property相关的关键动作有:
1)间接调用__system_property_area_init():打开属性共享内存,并记入__system_property_area变量;
2)间接调用init_workspace():只读打开属性共享内存,并记入环境变量;
3)根据init.rc,异步激发property_service_init_action(),该函数中会:
   
l  加载若干属性文本文件,将具体属性、属性值记入属性共享内存;
   
l  创建并监听socket
4)根据init.rc,异步激发queue_property_triggers_action(),将刚刚加载的属性对应的激发动作,推入action列表。

main()中的调用关系如下:

 

2.1.1   初始化属性共享内存

     我们可以看到,在init进程的main()函数里,辗转打开了一个内存文件“/dev/__properties__”,并把它设定为128KB大小,接着调用mmap()将这块内存映射到init进程空间了。这个内存的首地址被记录在__system_property_area__全局变量里,以后每添加或修改一个属性,都会基于这个__system_property_area__变量来计算位置。

      初始化属性内存块时,为什么要两次open那个/dev/__properties__文件呢?我想原因是这样的:第一次open的句柄,最终是给属性服务自己用的,所以需要有读写权限;而第二次open的句柄,会被记入pa_workspace.fd,并在合适时机添加进环境变量,供其他进程使用,因此只能具有读取权限。

第一次open时,执行的代码如下:
fd = open(property_filename, O_RDWR | O_CREAT | O_NOFOLLOW | O_CLOEXEC | O_EXCL, 0444);
传给open()的参数标识里指明了O_RDWR,表示用“读写方式”打开文件。另外O_NOFOLLOW标识主要是为了防止我们打开“符号链接”,不过我们知道,__properties__文件并不是符号链接,所以当然可以成功openO_CLOEXEC标识是为了保证一种独占性,也就是说当init进程打开这个文件时,此时就算其他进程也open这个文件,也会在调用exec执行新程序时自动关闭该文件句柄。O_EXCL标识和O_CREATE标识配合起来,表示如果文件不存在,则创建之,而如果文件已经存在,那么open就会失败。第一次open动作后,会给__system_property_area__赋值,然后程序会立即close刚打开的句柄。

第二次open动作发生在接下来的init_workspace()函数里。此时会再一次打开__properties__文件,这次却是以只读模式打开的:
int fd = open(PROP_FILENAME, O_RDONLY | O_NOFOLLOW);
打开的句柄记录在pa_workspace.fd处,以后每当init进程执行socket命令,并调用service_start()时,会执行类似下面的句子:

get_property_workspace(&fd, &sz);   // 读取pa_workspace.fd 
sprintf(tmp, "%d,%d", dup(fd), sz); 
add_environment("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE", tmp);
说白了就是把 pa_workspace.fd 的句柄记入一个名叫“ ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE ”的环境变量去。


system/core/init/Init.c

/* add_environment - add "key=value" to the current environment */
int add_environment(const char *key, const char *val)
{
    int n;

    for (n = 0; n < 31; n++) {
        if (!ENV[n]) {
            size_t len = strlen(key) + strlen(val) + 2;
            char *entry = malloc(len);
            snprintf(entry, len, "%s=%s", key, val);
            ENV[n] = entry;
            return 0;
        }
    }

    return 1;
}

这个环境变量在日后有可能被其他进程拿来用,从而将属性内存区映射到自己的内存空间去,这个后文会细说。


         接下来,main()函数在设置好属性内存块之后,会调用queue_builtin_action()函数向内部的action_list列表添加action节点。关于这部分的详情,可参考其他讲述Android启动机制的文档,这里不再赘述。我们只需知道,后续,系统会在合适时机回调“由queue_builtin_action()的参数”所指定的property_service_init_action()函数就可以了。

2.1.2   初始化属性服务

property_service_init_action()函数只是在简单调用start_property_service()而已,后者的代码如下:

core/init/Property_service.c

void start_property_service(void)
{
    int fd;

    load_properties_from_file(PROP_PATH_SYSTEM_BUILD);
    load_properties_from_file(PROP_PATH_SYSTEM_DEFAULT);

    /* Read vendor-specific property runtime overrides. */
    vendor_load_properties();

    load_override_properties();
    /* Read persistent properties after all default values have been loaded. */
    load_persistent_properties();

    fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM, 0666, 0, 0);
    if(fd < 0) return;
    fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
    fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

    listen(fd, 8);
    property_set_fd = fd;
}

其主要动作无非是加载若干属性文件,然后创建并监听一个socket接口。


2.1.2.1  加载属性文本文件

start_property_service()函数首先会调用load_properties_from_file()函数,尝试加载一些属性脚本文件,并将其中的内容写入属性内存块里。从代码里可以看到,主要加载的文件有:
l  /system/build.prop
l  /system/default.prop(该文件不一定存在)
l  /data/local.prop
l  /data/property目录里的若干脚本

load_properties_from_file()函数的代码如下:

core/init/Property_service.c

static void load_properties_from_file(const char *fn)
{
    char *data;
    unsigned sz;

    data = read_file(fn, &sz);

    if(data != 0) {
        load_properties(data);
        free(data);
    }
}


其中调用的read_file()函数很简单,只是把文件内容的所有字节读入一个buffer,并在内容最后添加两个字节:’\n’0

        接着调用的load_properties()函数,会逐行分析传来的buffer,解析出行内的keyvalue部分,并调用property_set(),将keyvalue设置进系统的属性共享内存去。

        我们绘制出property_service_init_action()函数的调用关系图,如下:


2.1.2.2  创建socket接口

在加载动作完成后,start_property_service ()会创建一个socket接口,并监听这个接口。

core/init/Property_service.c

fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM, 0666, 0, 0);
if(fd < 0) return;
fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
listen(fd, 8);
property_set_fd = fd;


这个socket是专门用来监听其他进程发来的“修改”属性值的命令的,它被设置成“非阻塞”(O_NONBLOCK)的socket


2.1.3   初始化属性后的触发动作

既然在上一小节的property_service_init_action()动作中,系统已经把必要的属性都加载好了,那么现在就可以遍历刚生成的action_list,看看哪个刚加载好的属性可以进一步触发连锁动作。这就是init进程里为什么有两次和属性相关的queue_builtin_action()的原因。

system/core/init/Init.c

static int queue_property_triggers_action(int nargs, char **args)
{
    queue_all_property_triggers();
    /* enable property triggers */
    property_triggers_enabled = 1;
    return 0;
}

system/core/init/Init_parser.c

void queue_all_property_triggers()
{
    struct listnode *node;
    struct action *act;
    list_for_each(node, &action_list) {
        act = node_to_item(node, struct action, alist);
        if (!strncmp(act->name, "property:", strlen("property:"))) {
            /* parse property name and value
               syntax is property:<name>=<value> */
            const char* name = act->name + strlen("property:");
            const char* equals = strchr(name, '=');
            if (equals) {
                char prop_name[PROP_NAME_MAX + 1];
                char value[PROP_VALUE_MAX];
                int length = equals - name;
                if (length > PROP_NAME_MAX) {
                    ERROR("property name too long in trigger %s", act->name);
                } else {
                    memcpy(prop_name, name, length);
                    prop_name[length] = 0;

                    /* does the property exist, and match the trigger value? */
                    property_get(prop_name, value);
                    if (!strcmp(equals + 1, value) ||!strcmp(equals + 1, "*")) {
                        action_add_queue_tail(act);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

这段代码是说,当获取的属性名和属性值,与当初init.rc里记录的某action的激发条件匹配时,就把该action插入执行队列的尾部(action_add_queue_tail(act))。


2.2  init进程循环监听socket

         现在再回过头看init进程,其main()函数的最后,我们可以看到一个for(;;)循环,不断监听外界发来的命令,包括设置属性的命令。

system/core/init/Init.c

for(;;) {
    . . . . . .
    . . . . . .
    nr = poll(ufds, fd_count, timeout);
    if (nr <= 0)
        continue;

    for (i = 0; i < fd_count; i++) {
        if (ufds[i].revents == POLLIN) {
            if (ufds[i].fd == get_property_set_fd())
                handle_property_set_fd();
            else if (ufds[i].fd == get_keychord_fd())
                handle_keychord();
            else if (ufds[i].fd == get_signal_fd())
                handle_signal();
        }
    }
}

2.2.1   处理“ctl.”命令

         当从socket收到“设置属性”的命令后,会调用上面的handle_property_set_fd()函数,代码截选如下:

core/init/Property_service.c

void handle_property_set_fd()
{
    prop_msg msg;
    . . . . . .
    if ((s = accept(property_set_fd, (struct sockaddr *) &addr, &addr_size)) < 0) {
        return;
    }
    . . . . . . 
    switch(msg.cmd) {
    case PROP_MSG_SETPROP:
        msg.name[PROP_NAME_MAX-1] = 0;
        msg.value[PROP_VALUE_MAX-1] = 0;
        . . . . . .
        if(memcmp(msg.name,"ctl.",4) == 0) {
            . . . . . .
            if (check_control_perms(msg.value, cr.uid, cr.gid, source_ctx)) {
                handle_control_message((char*) msg.name + 4, (char*) msg.value);
            } else {
                ERROR("sys_prop: Unable to %s service ctl [%s] uid:%d gid:%d pid:%d\n",
                        msg.name + 4, msg.value, cr.uid, cr.gid, cr.pid);
            }
        } else {
            if (check_perms(msg.name, cr.uid, cr.gid, source_ctx)) {
                property_set((char*) msg.name, (char*) msg.value);
            } else {
                ERROR("sys_prop: permission denied uid:%d  name:%s\n",
                      cr.uid, msg.name);
            }
            . . . . . .
            close(s);
        }
        . . . . . .
        break;
    . . . . . .
    }
}

         看到了吗?设置属性时,一开始就把属性名和属性值的长度都限制了。

#define PROP_NAME_MAX   32
#define PROP_VALUE_MAX  92

也就是说,有意义的部分的最大字节数分别为31字节和91字节,最后一个字节先被强制设为0了。


2.2.1.1  check_control_perms()

        对于普通属性而言,主要是调用property_set()来设置属性值,但是有一类特殊属性是以“ctl.”开头的,它们本质上是一些控制命令,比如启动某个系统服务。这种控制命令需调用handle_control_message()来处理。

当然,并不是随便谁都可以发出这种控制命令的,也就是说,不是谁都可以成功设置以“ctl.”开头的特殊属性。handle_property_set_fd()会先调用check_control_perms()来检查发起方是否具有相应的权限。

core/init/Property_service.c

static int check_control_perms(const char *name, unsigned int uid, unsigned int gid, char *sctx) {
    int i;
    if (uid == AID_SYSTEM || uid == AID_ROOT)
      return check_control_mac_perms(name, sctx);

    /* Search the ACL */
    for (i = 0; control_perms[i].service; i++) {
        if (strcmp(control_perms[i].service, name) == 0) {
            if ((uid && control_perms[i].uid == uid) ||
                (gid && control_perms[i].gid == gid)) {
                return check_control_mac_perms(name, sctx);
            }
        }
    }
    return 0;
}

可以看到,如果设置方的uidAID_SYSTEM或者AID_ROOT,那么一般都是具有权限的。而如果uid是其他值,那么就得查control_perms表了,这个表的定义如下:

core/init/Property_service.c

/*
 * White list of UID that are allowed to start/stop services.
 * Currently there are no user apps that require.
 */
struct {
    const char *service;
    unsigned int uid;
    unsigned int gid;
} control_perms[] = {
    { "dumpstate",AID_SHELL, AID_LOG },
    { "ril-daemon",AID_RADIO, AID_RADIO },
     {NULL, 0, 0 }
};


uidAID_SHELL的进程可以启动、停止dumpstate服务,uidAID_RADIO的进程可以启动、停止ril-daemon服务。


2.2.1.2  handle_control_message()

         在通过权限检查之后,就可以调用handle_control_message()来处理控制命令了:

system/core/init/Init.c

void handle_control_message(const char *msg, const char *arg)
{
    if (!strcmp(msg,"start")) {
        msg_start(arg);
    } else if (!strcmp(msg,"stop")) {
        msg_stop(arg);
    } else if (!strcmp(msg,"restart")) {
        msg_restart(arg);
    } else {
        ERROR("unknown control msg '%s'\n", msg);
    }
}


假设从socket发来的命令是“ctl.start”,那么就会走到msg_start(arg)

static void msg_start(const char *name)
{
    struct service *svc = NULL;
    char *tmp = NULL;
    char *args = NULL;

    if (!strchr(name, ':'))
        svc = service_find_by_name(name);
    else {
        tmp = strdup(name);
        if (tmp) {
            args = strchr(tmp, ':');
            *args = '\0';
            args++;

            svc = service_find_by_name(tmp);
        }
    }

    if (svc) {
        service_start(svc, args);
    } else {
        ERROR("no such service '%s'\n", name);
    }
    if (tmp)
        free(tmp);
}

这里启动的service基本上都是在init.rc里说明的系统service。比如netd

 


我们知道,init进程在分析init.rc文件时,会形成一个service链表,现在msg_start()就是从这个service链表里去查找相应名称的service节点的。找到节点后,再调用service_start(svc, args)

service_start()常常会fork一个子进程,然后为它设置环境变量(ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE):

void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
{
    . . . . . .
    . . . . . .
    pid = fork();

    if (pid == 0) {
        struct socketinfo *si;
        struct svcenvinfo *ei;
        char tmp[32];
        int fd, sz;

        umask(077);
        if (properties_inited()) {
            get_property_workspace(&fd, &sz);
            sprintf(tmp, "%d,%d", dup(fd), sz);
            add_environment("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE", tmp);
        }

        for (ei = svc->envvars; ei; ei = ei->next)
            add_environment(ei->name, ei->value);
    . . . . . .



其中 get_property_workspace() 的代码如下:
void get_property_workspace(int *fd, int *sz)
{
    *fd = pa_workspace.fd;
    *sz = pa_workspace.size;
}


大家还记得前文阐述init_workspace()时,把打开的句柄记入pa_workspace.fd的句子吧,现在就是在用这个句柄。



一切准备好后,service_start()会调用execve(),执行svc->args[0]所指定的可执行文件,然后还要再写个属性值:

void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
{
    . . . . . .
    . . . . . .
    execve(svc->args[0], (char**) arg_ptrs, (char**) ENV);
    . . . . . .
    . . . . . .
    svc->time_started = gettime();
    svc->pid = pid;
    svc->flags |= SVC_RUNNING;

    if (properties_inited())
        notify_service_state(svc->name, "running");
}


其中的notify_service_state()的代码如下:


void notify_service_state(const char *name, const char *state)
{
    char pname[PROP_NAME_MAX];
    int len = strlen(name);
    if ((len + 10) > PROP_NAME_MAX)
        return;
    snprintf(pname, sizeof(pname), "init.svc.%s", name);
    property_set(pname, state);
}




一般情况下,这种在init.rc里记录的系统service的名字都不会超过22个字节,加上“init.svc.”前缀也不会超过31个字节,所以每次启动service,都会修改相应的属性。比如netd服务,一旦它被启动,就会将init.svc.netd属性的值设为“running”。

以上是handle_control_message()处理“ctl.start”命令时的情况,相应地还有处理“ctl.stop”命令的情况,此时会调用到msg_stop()

system/core/init/Init.c

static void msg_stop(const char *name)
{
    struct service *svc = service_find_by_name(name);

    if (svc) {
        service_stop(svc);
    } else {
        ERROR("no such service '%s'\n", name);
    }
}


 

void service_stop(struct service *svc)
{
    service_stop_or_reset(svc, SVC_DISABLED);
}



 

static void service_stop_or_reset(struct service *svc, int how)
{
    /* The service is still SVC_RUNNING until its process exits, but if it has
     * already exited it shoudn't attempt a restart yet. */
    svc->flags &= (~SVC_RESTARTING);

    if ((how != SVC_DISABLED) && (how != SVC_RESET) && (how != SVC_RESTART)) {
        /* Hrm, an illegal flag.  Default to SVC_DISABLED */
        how = SVC_DISABLED;
    }
        /* if the service has not yet started, prevent
         * it from auto-starting with its class
         */
    if (how == SVC_RESET) {
        svc->flags |= (svc->flags & SVC_RC_DISABLED) ? SVC_DISABLED : SVC_RESET;
    } else {
        svc->flags |= how;
    }

    if (svc->pid) {
        NOTICE("service '%s' is being killed\n", svc->name);
        kill(-svc->pid, SIGKILL);
        notify_service_state(svc->name, "stopping");
    } else {
        notify_service_state(svc->name, "stopped");
    }
}



 可以看到,停止一个service时,主要是调用kill( )来杀死服务子进程,并将init.svc.xxx属性值设为stopping


OK,终于把init进程里,处理“ctl.”命令的部分讲完了,下面我们接着看init进程处理普通属性的部分。

2.2.2   处理属性设置命令

我们还是先回到前文init进程处理属性设置动作的地方:

void handle_property_set_fd()
{
        . . . . . .
        if(memcmp(msg.name,"ctl.",4) == 0) {
            . . . . . .
        } else {
            if (check_perms(msg.name, cr.uid, cr.gid, source_ctx)) {
                property_set((char*) msg.name, (char*) msg.value);
            } else {
                ERROR("sys_prop: permission denied uid:%d  name:%s\n",
                      cr.uid, msg.name);
            }
            . . . . . .
            close(s);
        }
        . . . . . .
        break;
    . . . . . .
    }
}

2.2.2.1  check_perms()

要设置普通属性,也是要具有一定权限哩。请看上面的 check_perms() 一句。该函数的代码如下:

static int check_perms(const char *name, unsigned int uid, unsigned int gid, char *sctx)
{
    int i;
    unsigned int app_id;

    if(!strncmp(name, "ro.", 3))
        name +=3;

    if (uid == 0)
        return check_mac_perms(name, sctx);

    app_id = multiuser_get_app_id(uid);
    if (app_id == AID_BLUETOOTH) {
        uid = app_id;
    }

    for (i = 0; property_perms[i].prefix; i++) {
        if (strncmp(property_perms[i].prefix, name,
                    strlen(property_perms[i].prefix)) == 0) {
            if ((uid && property_perms[i].uid == uid) ||
                (gid && property_perms[i].gid == gid)) {

                return check_mac_perms(name, sctx);
            }
        }
    }

    return 0;
}

主要也是在查表,property_perms表的定义如下:


      这其实很容易理解,比如要设置“sys.”打头的系统属性,进程的uid就必须是AID_SYSTEM,否则阿猫阿狗都能设置系统属性,岂不糟糕。


2.2.2.2  property_set()

权限检查通过之后,就可以真正设置属性了。在前文“概述”一节中,我们已经说过,只有Property Service(即init进程)可以写入属性值,而普通进程最多只能通过socketProperty Service发出设置新属性值的请求,最终还得靠Property Service来写。那么我们就来看看Property Service里具体是怎么写的。

         总体说来,property_set()会做如下工作:

1)  判断待设置的属性名是否合法;
2)  尽力从“属性共享内存”中找到匹配的prop_info节点,如果能找到,就调用__system_property_update(),当然如果属性是以“ro.”打头的,说明这是个只读属性,此时不会update的;如果找不到,则调用__system_property_add()添加属性节点。
3)  updateadd动作之后,还需要做一些善后处理。比如,如果改动的是“net.”开头的属性,那么需要重新设置一下net.change属性,属性值为刚刚设置的属性名字。
4)  如果要设置persist属性的话,只有在系统将所有的默认persist属性都加载完毕后,才能设置成功。persist属性应该是那种会存入可持久化文件的属性,这样,系统在下次启动后,可以将该属性的初始值设置为系统上次关闭时的值。
5)  如果将“selinux.reload_policy”属性设为“1”了,那么会进一步调用selinux_reload_policy()。这个意味着要重新加载SEAndroid策略。
6)  最后还需调用property_changed()函数,其内部会执行init.rc中指定的那些和property同名的action

core/init/Property_service.c

int property_set(const char *name, const char *value)
{
    . . . . . .
    . . . . . .
    pi = (prop_info*) __system_property_find(name);

    if(pi != 0) {
        if(!strncmp(name, "ro.", 3)) return -1;
        __system_property_update(pi, value, valuelen);
    } else {
        ret = __system_property_add(name, namelen, value, valuelen);
        . . . . . .
    }
    
    if (strncmp("net.", name, strlen("net.")) == 0)  {
        if (strcmp("net.change", name) == 0) {
            return 0;
        }
        property_set("net.change", name);
    } else if (persistent_properties_loaded &&
            strncmp("persist.", name, strlen("persist.")) == 0) {
        write_persistent_property(name, value);
    } else if (strcmp("selinux.reload_policy", name) == 0 &&
               strcmp("1", value) == 0) {
        selinux_reload_policy();
    }
    property_changed(name, value);
    return 0;
} 

         一开始当然要先找到“希望设置的目标属性”在共享内存里对应的prop_info节点啦,后续关于__system_property_update()__system_property_add()的操作,主要都是在操作该prop_info节点,代码比较简单。prop_info的详细内容我们会在下文阐述,这里先跳过。

         如果可以找到prop_info节点,就尽量将这个属性的值更新一下,除非是遇到“ro.”属性,这种属性是只读的,当然不能set。如果找不到prop_info节点,此时会为这个新属性创建若干字典树节点,包括最终的prop_info叶子。

         属性写入完毕后,还要调用property_changed(),做一些善后处理:

system/core/init/Init.c

void property_changed(const char *name, const char *value)
{
    if (property_triggers_enabled)
        queue_property_triggers(name, value);
}

system/core/init/Init_parser.c
void queue_property_triggers(const char *name, const char *value)
{
    struct listnode *node;
    struct action *act;
    list_for_each(node, &action_list) {
        act = node_to_item(node, struct action, alist);
        if (!strncmp(act->name, "property:", strlen("property:"))) {
            const char *test = act->name + strlen("property:");
            int name_length = strlen(name);

            if (!strncmp(name, test, name_length) &&
                    test[name_length] == '=' &&
                    (!strcmp(test + name_length + 1, value) ||
                     !strcmp(test + name_length + 1, "*"))) {
                action_add_queue_tail(act);
            }
        }
    }
}



void action_add_queue_tail(struct action *act)
{
    if (list_empty(&act->qlist)) {
        list_add_tail(&action_queue, &act->qlist);
    }
}


从代码可以看出,当某个属性修改之后, Property Service 会遍历一遍 action_list 列表,找到其中匹配的 action 节点,并将之添加进 action_queue 队列。之所以会有 if (list_empty(&act->qlist)) 判断,是为了防止重复添加。下面是 init.rc 脚本中的一个片段:

system/core/rootdir/init.rc

这几个就是和property相关的action,其他相关的action还有不少,我们就不列了。我们以第一个action为例来说明。如果我们修改了vold.decrypt属性的值,那么queue_property_triggers()搜索action_list时,就能找到一个名为“property:vold.decrypt=trigger_reset_main”的action节点,此时的逻辑无非是比较“冒号后的名字”、“赋值号后的值”,是否分别和queue_property_triggers()namevalue参数匹配,如果匹配,就把这个action节点添加进action_queue队列里。


3      客户进程访问属性的机制

3.1  映射“属性共享内存”的时机

现在有一个问题必须先提出来,那就是“属性共享内存”是在什么时刻映射进用户进程空间的?总不会平白无故地就可以成功调用property_get()吧。其实,为了让大家方便地调用property_get(),属性机制的设计者的确是用了一点儿小技巧,下面我们就来看看细节。

3.1.1   静态加载时的初始化

在前文介绍Init进程初始化属性共享内存时,调用了一个叫做__system_property_area_init()的函数:

bionic/libc/bionic/System_properties.c

int __system_property_area_init()
{
    return map_prop_area_rw();
}


它映射时需要的是读写权限。而对普通进程而言,只有读权限,当然不可能调用__system_property_area_init()了。其实在System_properties.c文件中,我们还可以找到另一个长得挺像的初始化函数——__system_properties_init()

int __system_properties_init()
{
    return map_prop_area();
}


它调用的map_prop_area()会把属性共享内存,以只读模式映射到用户进程空间:

static int map_prop_area()
{
    fd = open(property_filename, O_RDONLY | O_NOFOLLOW | O_CLOEXEC);
    . . . . . .
    if ((fd < 0) && (errno == ENOENT)) {
        fd = get_fd_from_env();  
        fromFile = false;
    }

    . . . . . .
    pa_size = fd_stat.st_size;
    pa_data_size = pa_size - sizeof(prop_area);
    prop_area *pa = mmap(NULL, pa_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
    . . . . . .
    result = 0;
    __system_property_area__ = pa;
    . . . . . .

    return result;
}


其中调用的get_fd_from_env()的代码如下:

static int get_fd_from_env(void)
{
    char *env = getenv("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE");
    if (!env) {
        return -1;
    }
    return atoi(env);
}


哇,终于看到读取“ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE”环境变量的地方啦。不过呢,它的重要性似乎并没有我们一开始想的那么大。在map_prop_area()函数里分明写着,只有在open()属性文件不成功的情况下,才会尝试从环境变量中读取文件句柄,而一般都会open成功的。不管文件句柄fd是怎么得到的吧,反正能映射成空间地址就行。映射后的空间地址,仍然会记录在__system_property_area__全局变量中。



         现在我们只需找到调用__system_properties_init()的源头就可以了。经过查找,我们发现__libc_init_common()会调用它,代码如下:

bionic/libc/bionic/Libc_init_common.cpp

void __libc_init_common(KernelArgumentBlock& args) {
  . . . . . .
  . . . . . .
  _pthread_internal_add(main_thread);
  __system_properties_init(); // Requires 'environ'.
}


这个函数可是在bionic目录里的,小技巧已经用到C库里啦。


         __libc_init_common()又会被__libc_init()调用:

bionic/libc/bionic/Libc_init_static.cpp

__noreturn void __libc_init(void* raw_args,
                            void (*onexit)(void),
                            int (*slingshot)(int, char**, char**),
                            structors_array_t const * const structors) {
  KernelArgumentBlock args(raw_args);
  __libc_init_tls(args);
  __libc_init_common(args);
  . . . . . .
  . . . . . .
  call_array(structors->preinit_array);
  call_array(structors->init_array);
  . . . . . .
  exit(slingshot(args.argc, args.argv, args.envp));
}


        当一个用户进程被调用起来时,内核会先调用到C运行期库(crtbegin)层次来初始化运行期环境,在这个阶段就会调用到__libc_init(),而后才会间接调用到C程序员熟悉的main()函数。可见属性共享内存在执行main()函数之前就已经映射好了。


3.1.2   动态加载时的初始化

除了__libc_init()中会调用__libc_init_common(),还有一处会调用。

bionic/libc/bionic/Libc_init_dynamic.cpp

__attribute__((constructor)) static void __libc_preinit() {
  . . . . . .
  __libc_init_common(*args);
  . . . . . .
  pthread_debug_init();
  malloc_debug_init();
}


请大家注意函数名那一行起始处的__attribute__((constructor))属性,这是GCC的一个特有属性。被这种属性修饰的函数会被放置在特殊的代码段中。这样,当动态链接器一加载libc.so时,会尽早执行__libc_preinit()函数。这样一来,动态库里也可以放心调用property_get()了。

 

3.2  读取属性值

下面我们来集中精力研究读取属性值的部分。我们在前文留下过一个尾巴,当时对属性共享内存块里的prop_info节点,只做了非常简略的提及,现在我们就来细说它。

说白了,属性共享内存中的内容,其实被组织成一棵字典树。内存块的第一个节点是个特殊的总述节点,类型为prop_area。紧随其后的就是字典树的“树枝”和“树叶”了,树枝以prop_bt表达,树叶以prop_info表达。我们读取或设置属性值时,最终都只是在操作“叶子”节点而已。

3.2.1   “属性共享内存”里的数据结构


 

bionic/libc/bionic/System_properties.c

struct prop_area {
    unsigned bytes_used;
    unsigned volatile serial;
    unsigned magic;
    unsigned version;
    unsigned reserved[28];
    char data[0];
};

typedef struct prop_area prop_area;

struct prop_info {
    unsigned volatile serial;
    char value[PROP_VALUE_MAX];
    char name[0];
};

typedef struct prop_info prop_info;


 

typedef volatile uint32_t prop_off_t;
struct prop_bt {
    uint8_t namelen;
    uint8_t reserved[3];

    prop_off_t prop;

    prop_off_t left;
    prop_off_t right;

    prop_off_t children;

    char name[0];
};

typedef struct prop_bt prop_bt;


现在的问题是,这棵树是如何组织其枝叶的?System_properties.c文件中,有一段注释,给出了一个不算太清楚的示意图,截取如下:

看过这张图后,各位同学搞清楚了吗?反正我一开始没有搞清楚,后来只好研究代码,现在算是知道一点儿了,详情如下:
l  一开始的prop_area节点严格地说并不属于字典树,但是它代表着属性共享内存块的起始;
l  紧接着prop_area节点,需要有一个空白的prop_bt节点。这个是必须的噢,在前文说明init进程的main()函数的调用关系图中,我们表达了这个概念:

这个就是空节点;
l  属性名将以‘.’符号为分割符,被分割开来。比如ro.secure属性名就会被分割成“ro”和“secure”两部分,而且每个部分用一个prop_bt节点表达。
l  属性名中的这种‘.’关系被表示为父子关系,所以“ro”节点的children域,会指向“secure”节点。但是请注意,一个节点只有一个children域,如果它还有其他孩子,那些孩子将会和第一个子节点(比如secure节点)组成一棵二叉树。
l  当一个属性名对应的“字典树枝”都已经形成好后,会另外创建一个prop_info节点,专门表示这个属性,该节点就是“字典树叶”。

下面我们画几张图来说明问题。比如我们现在手头有3个属性,分别为
ro.abc.def
ro.hhh.def
sys.os.ccc

我们依此顺序设置属性,就会形成下面这样的树:


其中天蓝色块表示prop_area节点,桔黄色块表示prop_bt节点,浅绿色块表示prop_info节点。简单地说,父节点的children域,只指代其第一个子节点。后续从属于同一父节点的兄弟子节点,会被组织成一棵二叉子树,该二叉子树的根就是父节点的第一个子节点。我们用蓝色箭头来表示二叉子树的关系,在代码中对应prop_btleftright域。这么说来,以不同顺序添加属性,其实会导致最终得到的字典树在形态上发生些许变化。

         prop_bt节点的name域只记录“树枝”的名字,比如“ro”、“abc”、“def”等等,而prop_info节点的name域记录的则是属性的全名,比如“ro.abc.def”。

         现在我们向上面这棵字典树中再添加一个rs.ppp.qqq属性,会形成如下字典树:


rs”节点之所以在那个位置,是基于strcmp()的计算结果。“rs”字符串比“ro”字符串大,所以进一步和“ro”的right节点(即“sys”节点)比对,“rs”又比“sys”小,所以在“sys”节点的left枝上建立了新节点。

         以上是画成字典树的样子,它表示的是一种逻辑关系。而在实际的“属性共享内存”中,这些节点基本上是紧凑排列的,大体上会形成下面这样的排列关系:


         说到这里,大家应该已经比较清楚属性共享内存块是怎么组织的吧。有了这种大致思路,再去看相应的代码,相信大家会轻松一点儿。

3.2.2   property_get()

在读取具体属性值时,最终会调用到property_get()函数,该函数的调用关系如下:


说白了就是先从字典树中找到感兴趣的prop_info叶子,然后把叶子里的值读出来。

4      Java层的封装

接下来我们再说说属性机制里Java层的封装。这部分比较简单,因为它主要只是在简单包装C语言层次的函数。

Java层使用的属性机制被封装在SystemProperties中:

frameworks/base/core/java/android/os/SystemProperties.java

public class SystemProperties
{
    public static final int PROP_NAME_MAX = 31;
    public static final int PROP_VALUE_MAX = 91;

    private static final ArrayList<Runnable> sChangeCallbacks = new ArrayList<Runnable>();

    private static native String native_get(String key);
    private static native String native_get(String key, String def);
    private static native int native_get_int(String key, int def);
    private static native long native_get_long(String key, long def);
    private static native boolean native_get_boolean(String key, boolean def);
    private static native void native_set(String key, String def);
    private static native void native_add_change_callback();
    
/**
     * Get the value for the given key.
     * @return an empty string if the key isn't found
     * @throws IllegalArgumentException if the key exceeds 32 characters
     */
    public static String get(String key) {
        if (key.length() > PROP_NAME_MAX) {
            throw new IllegalArgumentException("key.length > " + PROP_NAME_MAX);
        }
        return native_get(key);
    }
    . . . . . .
    . . . . . .




         我们就以上面的get()成员函数为例来说明,它基本上只是在调用native_get()函数而已,该函数对应的C语言函数可以从下表查到,就是那个SystemProperties_getS()

frameworks/base/core/jni/android_os_SystemProperties.cpp

static JNINativeMethod method_table[] = {
    { "native_get", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;",
      (void*) SystemProperties_getS },
    { "native_get", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;",
      (void*) SystemProperties_getSS },
    { "native_get_int", "(Ljava/lang/String;I)I",
      (void*) SystemProperties_get_int },
    { "native_get_long", "(Ljava/lang/String;J)J",
      (void*) SystemProperties_get_long },
    { "native_get_boolean", "(Ljava/lang/String;Z)Z",
      (void*) SystemProperties_get_boolean },
    { "native_set", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V",
      (void*) SystemProperties_set },
    { "native_add_change_callback", "()V",
      (void*) SystemProperties_add_change_callback },
};


frameworks/base/core/jni/android_os_SystemProperties.cpp

static jstring SystemProperties_getS(JNIEnv *env, jobject clazz,
                                      jstring keyJ)
{
    return SystemProperties_getSS(env, clazz, keyJ, NULL);
}

static jstring SystemProperties_getSS(JNIEnv *env, jobject clazz,
                                      jstring keyJ, jstring defJ)
{
    int len;
    const char* key;
    char buf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    jstring rvJ = NULL;

    if (keyJ == NULL) {
        jniThrowNullPointerException(env, "key must not be null.");
        goto error;
    }

    key = env->GetStringUTFChars(keyJ, NULL);

    len = property_get(key, buf, "");
    if ((len <= 0) && (defJ != NULL)) {
        rvJ = defJ;
    } else if (len >= 0) {
        rvJ = env->NewStringUTF(buf);
    } else {
        rvJ = env->NewStringUTF("");
    }

    env->ReleaseStringUTFChars(keyJ, key);

error:
    return rvJ;
}


最终调用的还是property_get()函数。



5      尾声

至此,有关Android属性机制的大体机理就讲解完毕了,希望对大家有点儿帮助。

© 著作权归作者所有

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评论(10)

LiDong
LiDong
牛哥!
klzhong
klzhong

引用来自“小峰”的评论

写的很好啊,深入学习了。

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beason
beason
有什么作用
小峰
小峰
写的很好啊,深入学习了。
悠然红茶
悠然红茶 博主

引用来自“tieyan”的评论

请问楼主, 你用什么工具画这些图。谢谢
我使用visio画图。
t
tieyan
请问楼主, 你用什么工具画这些图。谢谢
g
gaoxiaoyuan
厉害,学习了
maplewang
maplewang
不错哦,收藏
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信阳农夫
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