【Android FrameWork】延伸阅读: Android应用安装过程

_李小白2025-12-25 18:23

Android应用安装过程

Android应用安装是系统核心流程之一，涉及Framework层的逻辑调度、Binder跨进程通信、C++层的底层文件操作与系统调用，贯穿了应用包解析、权限校验、Dex优化、目录创建等关键环节。

本文将从用户触发安装 到系统完成部署的全链路，结合Framework（Java）和Native（C++）层源码，拆解Android 11（API 30）的应用安装核心流程。

整体流程

Android应用安装可分为触发阶段、Framework层处理阶段、Native层执行阶段、收尾阶段四大环节，核心参与者包括：

  • Framework层：PackageManagerService（PMS）、PackageInstaller、PackageParser、Installer（Java层代理）；
  • Native层：installd守护进程（C++）、dex2oat工具（Dex优化）、bionic库（系统调用）；
  • 其他组件：Binder驱动（跨进程通信）、SELinux（权限管控）、PackageManager（应用层接口）。

整体流程链路：

复制代码 
应用层触发安装（如PM命令/应用市场）→ PackageInstaller（Framework）→ PMS核心处理 → Installer（Java）→ Binder调用installd（C++）→ 底层文件操作 → PMS更新包信息 → 完成安装

阶段1：安装触发与Framework层入口

应用安装的触发方式包括：pm install命令、应用市场下载安装、ADB安装、系统预置应用安装等，所有触发方式最终都会走到PMS的installPackage系列接口。

1 入口：PackageInstaller的安装请求

以应用市场安装为例，应用层通过PackageInstaller.Session提交安装请求，核心源码如下（Framework层）：

java 复制代码 
// PackageInstaller.java（frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageInstaller.java）
public Session openSession(long sessionId) throws IOException {
    // 获取PMS的Binder代理，发起跨进程请求
    IPackageInstaller session = mService.openSession(sessionId);
    return new Session(this, session, sessionId);
}

// Session.java（内部类）
public void commit(IntentSender statusReceiver) throws IOException {
    try {
        // 提交安装请求，最终调用PMS的installStage方法
        mSession.commit(statusReceiver);
    } catch (RemoteException e) {
        throw e.rethrowAsRuntimeException();
    }
}

核心逻辑 ：应用层通过PackageInstaller封装安装参数（APK路径、安装标志、用户ID），通过Binder跨进程调用PMS的安装接口，完成安装请求的传递。

2 PMS接收请求：installStage方法

PMS是安装流程的"总调度中心"，installStage方法接收安装请求后，先做前置校验，再启动安装流程：

java 复制代码 
// PackageManagerService.java
void installStage(PackageInstallArgs args, PackageInstalledInfo res) {
    // 1. 权限校验：检查调用方是否有INSTALL_PACKAGES权限（系统应用/签名校验）
    if (!checkInstallPermission(args.installerUid, args.packageName)) {
        res.setError(PackageManager.INSTALL_FAILED_PERMISSION_DENIED);
        finishInstall(args, res);
        return;
    }

    // 2. 解析APK包：调用PackageParser解析AndroidManifest.xml
    PackageParser.Package pkg = parsePackage(args.apkPath, parseFlags);
    
    // 3. 校验APK合法性：签名、版本、包名冲突、SELinux规则
    if (!verifyPackageSignature(pkg, args)) {
        res.setError(PackageManager.INSTALL_FAILED_INVALID_SIGNATURE);
        finishInstall(args, res);
        return;
    }

    // 4. 启动异步安装流程（避免阻塞PMS主线程）
    mHandler.post(() -> processInstallRequest(args, pkg, res));
}

关键动作：

  • 权限校验：仅系统应用（如应用市场、Settings）或拥有INSTALL_PACKAGES权限的应用可触发安装；
  • 包解析：PackageParser解析APK中的AndroidManifest.xml，提取包名、版本、组件（Activity/Service）、权限声明等信息；
  • 签名校验：校验APK签名是否合法（系统应用需匹配系统签名，第三方应用需通过证书校验）。

阶段2：Framework层核心处理（Java）

PMS的processInstallRequest方法是Framework层安装逻辑的核心，负责协调目录创建、Dex优化、权限分配等环节，核心依赖Installer（Java层）与Native层的installd通信。

1 Installer（Java）：与installd的通信代理

Installer是Framework层与Native层installd守护进程通信的桥梁，封装了Binder调用逻辑，核心源码如下：

java 复制代码 
// Installer.java（frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/Installer.java）
public class Installer {
    private final IBinder mInstalld; // 指向installd的Binder代理

    // 初始化：连接installd守护进程
    public Installer() {
        mInstalld = ServiceManager.getService("installd");
        if (mInstalld == null) {
            throw new RuntimeException("Failed to connect to installd");
        }
    }

    // 创建应用数据目录（调用installd的create_data_dir方法）
    public int createDataDir(String pkgName, int uid, int gid) {
        try {
            // Binder调用installd的create_data_dir接口
            return ((IInstalld) mInstalld).createDataDir(pkgName, uid, gid);
        } catch (RemoteException e) {
            return -1;
        }
    }

    // Dex优化（调用installd的dexopt方法）
    public int dexopt(String apkPath, String pkgName, int uid, String instructionSet) {
        try {
            return ((IInstalld) mInstalld).dexopt(apkPath, pkgName, uid, instructionSet);
        } catch (RemoteException e) {
            return -1;
        }
    }
}

核心作用 ：将Framework层的安装指令（如创建目录、Dex优化）通过Binder传递给Native层的installd，由installd执行底层操作。

2 核心步骤：创建应用目录与Dex优化

PMS通过Installer调用Native层接口，完成应用安装的核心操作：

java 复制代码 
// PackageManagerService.java - processInstallRequest方法
private void processInstallRequest(PackageInstallArgs args, PackageParser.Package pkg, PackageInstalledInfo res) {
    // 1. 分配UID/GID：每个应用对应唯一的UID（10000+），GID与UID一致
    int uid = assignNewUid(pkg.packageName);
    
    // 2. 创建应用目录：调用Installer的createDataDir方法
    int createResult = mInstaller.createDataDir(pkg.packageName, uid, uid);
    if (createResult != 0) {
        res.setError(PackageManager.INSTALL_FAILED_CREATE_DIR);
        finishInstall(args, res);
        return;
    }

    // 3. Dex优化：将APK中的dex文件优化为oat文件（提升运行效率）
    int dexoptResult = mInstaller.dexopt(
        args.apkPath, pkg.packageName, uid, Build.SUPPORTED_ABIS[0]
    );
    if (dexoptResult != 0) {
        res.setError(PackageManager.INSTALL_FAILED_DEXOPT);
        finishInstall(args, res);
        return;
    }

    // 4. 分配权限：为应用授予声明的权限（系统权限需校验，普通权限直接授予）
    grantPermissions(pkg, uid);

    // 5. 更新PMS内存数据库：将新安装的应用信息加入mPackages
    addPackageToInternalMap(pkg, uid);

    // 6. 持久化包信息：写入/packages.xml和/packages.list
    writePackageInfoToDisk(pkg);

    // 7. 完成安装：通知Launcher更新图标、发送安装完成广播
    finishInstall(args, res);
}

关键说明：

  • UID分配：Android通过UID隔离应用进程，每个第三方应用分配唯一UID，系统应用使用固定UID（如1000）；
  • Dex优化：dexopt调用dex2oat工具，将Dex文件编译为机器码（OAT文件），避免应用运行时实时编译，提升启动速度；
  • 持久化：packages.xml存储应用的包信息、权限、签名，packages.list存储包名与UID的映射，下次系统启动时PMS直接加载这些文件。

阶段3：Native层核心执行（C++）

Framework层的所有底层操作最终由installd守护进程（C++实现）执行，installd是Android系统启动时由init进程拉起的核心守护进程，负责应用安装/卸载的底层文件操作。

1 installd的启动与Binder服务注册

installd的入口在system/core/installd/installd.cpp，启动时注册Binder服务，核心源码：

cpp 复制代码 
// installd.cpp
int main() {
    // 1. 初始化日志、SELinux
    android::base::InitLogging(nullptr, android::base::LogdLogger());
    selinux_initialize();

    // 2. 创建Binder服务端，注册到ServiceManager（服务名：installd）
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
    sp<InstalldNativeService> service = new InstalldNativeService();
    status_t ret = sm->addService(String16("installd"), service, false);
    if (ret != OK) {
        ALOGE("Failed to register installd service");
        return 1;
    }

    // 3. 启动Binder循环，等待Framework层调用
    ProcessState::self()->startThreadPool();
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool();

    return 0;
}

核心逻辑 ：installd启动后注册为Binder服务，Framework层的Installer（Java）通过ServiceManager获取其代理，实现跨进程调用。

2 InstalldNativeService：底层操作的实现

InstalldNativeService是installd的核心实现类，封装了创建目录、Dex优化、文件权限修改等操作，核心源码如下：

cpp 复制代码 
// InstalldNativeService.cpp
status_t InstalldNativeService::createDataDir(const std::string& pkgname, int uid, int gid) {
    // 1. 构造应用数据目录路径：/data/data/<pkgname>
    std::string dataDir = StringPrintf("/data/data/%s", pkgname.c_str());

    // 2. 创建目录，设置权限（751），所有者为uid:gid
    if (mkdir(dataDir.c_str(), 0751) != 0 && errno != EEXIST) {
        ALOGE("mkdir failed for %s: %s", dataDir.c_str(), strerror(errno));
        return -1;
    }

    // 3. 设置目录的UID/GID（chown）
    if (chown(dataDir.c_str(), uid, gid) != 0) {
        ALOGE("chown failed for %s: %s", dataDir.c_str(), strerror(errno));
        return -1;
    }

    // 4. 设置SELinux上下文（确保目录符合SELinux规则）
    if (selinux_restorecon(dataDir.c_str()) != 0) {
        ALOGE("restorecon failed for %s: %s", dataDir.c_str(), strerror(errno));
        return -1;
    }

    return 0;
}

status_t InstalldNativeService::dexopt(const std::string& apk_path, const std::string& pkgname,
                                       int uid, const std::string& isa) {
    // 构造dex2oat命令：/system/bin/dex2oat --apk <apk_path> --output <oat_path>
    std::vector<std::string> args;
    args.push_back("/system/bin/dex2oat");
    args.push_back("--apk");
    args.push_back(apk_path);
    args.push_back("--output");
    args.push_back(StringPrintf("/data/dalvik-cache/%s@%s.oat", pkgname.c_str(), isa.c_str()));
    args.push_back("--instruction-set");
    args.push_back(isa);

    // 执行dex2oat命令（fork+exec）
    int result = execute(args, uid);
    return result == 0 ? OK : -1;
}

核心操作解析：

  • createDataDir：创建应用私有数据目录/data/data/<包名>，设置权限为751（仅应用自身可读写，其他进程可执行），并通过chown设置目录所有者为应用UID；
  • dexopt：拼接dex2oat命令，通过fork+exec执行，将APK中的Dex文件编译为OAT文件（存储在/data/dalvik-cache）；
  • SELinux管控：selinux_restorecon设置目录的SELinux上下文（如u:object_r:app_data_file:s0:c123,c456），确保应用只能访问自身目录。

3 底层系统调用

installd的所有操作最终依赖Linux系统调用，如：

  • mkdir：创建目录；
  • chown/chmod：修改文件/目录的所有者和权限；
  • fork/exec：执行dex2oat等外部工具；
  • unlink：删除文件（卸载时）；
  • mount：挂载APK（针对应用分身/多用户场景）。

以createDataDir中的mkdir为例，底层调用链：

cpp 复制代码 
// bionic/libc/unistd/mkdir.cpp
int mkdir(const char* path, mode_t mode) {
    // 调用Linux系统调用sys_mkdir
    return syscall(__NR_mkdirat, AT_FDCWD, path, mode);
}

阶段4：安装收尾与系统通知

当Native层完成所有底层操作后，Framework层的PMS会完成收尾工作，确保应用可被系统识别和启动：

1 更新内存数据库与持久化

PMS将新安装的应用信息加入mPackages（内存中的包信息映射表），并写入/data/system/packages.xml和/data/system/packages.list：

xml 复制代码 
<!-- packages.xml示例 -->
<package name="com.example.app" codePath="/data/app/com.example.app-1" uid="10123">
    <version code="1" name="1.0"/>
    <permissions>
        <permission name="android.permission.INTERNET" granted="true"/>
    </permissions>
    <signature>...</signature>
</package>

2 发送安装完成广播

PMS发送Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED广播，通知系统组件（如Launcher、Settings）应用已安装：

java 复制代码 
// PackageManagerService.java - finishInstall方法
private void finishInstall(PackageInstallArgs args, PackageInstalledInfo res) {
    // 发送广播
    Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED);
    intent.setData(Uri.parse("package:" + args.packageName));
    intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY);
    mContext.sendBroadcastAsUser(intent, UserHandle.ALL);

    // 通知Launcher更新应用图标
    notifyPackageChanged(args.packageName);
}

3 应用启动准备

Launcher接收到广播后，解析应用的AndroidManifest.xml中的图标和名称，添加到桌面；同时，PMS为应用的组件（Activity/Service）注册到AMS，确保应用可被启动。

关键异常场景与容错机制

Android在安装流程中设计了多层容错机制，避免因单点失败导致安装异常：

  1. 目录创建失败 ：若createDataDir失败（如磁盘满、权限不足），PMS会回滚已创建的目录，返回INSTALL_FAILED_CREATE_DIR；
  2. Dex优化失败 ：若dexopt失败（如APK损坏、指令集不兼容），PMS会删除已创建的目录，返回INSTALL_FAILED_DEXOPT；
  3. 签名校验失败 ：若APK签名不合法，直接终止安装，返回INSTALL_FAILED_INVALID_SIGNATURE；
  4. 包名冲突 ：若已存在同名应用且未指定覆盖安装，返回INSTALL_FAILED_ALREADY_EXISTS。

总结

Android应用安装流程体现了分层、解耦、安全的核心设计原则：

  1. 分层设计：Framework层负责逻辑调度（校验、权限、通知），Native层负责底层操作（文件、编译），通过Binder实现跨层通信；
  2. 解耦思想 ：PMS不直接执行底层文件操作，而是通过Installer代理调用installd，降低模块耦合；
  3. 安全管控：多层校验（权限、签名、SELinux）确保只有合法应用能被安装，UID隔离确保应用数据安全；
  4. 性能优化：Dex预编译（dex2oat）避免运行时编译，提升应用启动速度；异步安装避免阻塞PMS主线程。
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