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Android的linux内核解耦

2023-04-18 14:29:25 时间

android设备内核部分,除android定制性修改外还有芯片供应商、ODM/OEM的修改,为了隔离他们的影响,做了内核解耦部分内容。

1、boot内容

查看Boot Image Header,version 2版本包含内容最多,包括了内核、设备树、根目录、recovery设备树,cmdline。boot拆包与内容解析参考1、Android bootimg kernel(boot.img)

2、linux的ramdisk解耦

2.1、ramdisk加载情况

2.1.1、android 13没有recovery分区

vendor_boot的ramdisk,init_boot 的ramdisk,boot镜像的GKI,system的tmpfs共同加载到RAM。根据命令参数选择正常Boot Android还是Boot recovery。

2.1.2、android 13 AB系统有recovery分区情况

Boot Android还是加载vendor_boot的ramdisk,init_boot 的ramdisk,boot镜像的GKI,system的tmpfs;

Boot recovery加载vendor_boot的ramdisk,init_boot 的ramdisk,boot镜像的GKI,system的tmpfs以及recovery ramdisk。

2.1.3、android 13 non-AB系统有recovery情况

Boot Android还是加载vendor_boot的ramdisk,init_boot 的ramdisk,boot镜像的GKI,system的tmpfs;

Boot recovery加载recovery的GKI和ramdisk,boot镜像的GKI与tmpfs;

2.2、ramdisk加载解析

上面三张图来自android开发者社区,显然大家很难看懂,我们抓下面三个关键来看图:

1、init分了两个阶段,每个阶段使用不同的资源文件,Android和recovery模式均是两个阶段。

2、启动必然要kernel,这个kernel在哪个分区?

3、进入recovery的核心二进制文件/system/bin/recovery以及它的资源文件在哪个分区?

相关内容所在分区整理表格如下

android 13

无recovery分区

android13 AB

有recovery分区

android 13 non-AB

有recovery分区

android模式

1nd init

init_boot分区

init_boot

init_boot

1nd resource

vendor_boot&init_boot

init_boot

init_boot

2nd init

system

system

system

2nd resource

system

system

system

kernel

boot kernel

boot kernel

boot kernel

recovery模式

1nd init

init_boot分区

recovery ramdisk

recovery ramdisk

2nd init

init_boot

recovery ramdisk

recovery ramdisk

kernel

boot kernel

boot kernel

recovery kernel

recovery二进制执行文件

vendor_boot

recovery ramdisk

recovery ramdisk

recovery resource

vendor_boot

recovery ramdisk

recovery ramdisk

2.3、ramdisk加载总结

根据上表分析:

1、android模式加载流程基本相同,init第二阶段均需要是用system里面的ramdisk;

2、recovery模式,有recovery分区则1nd init、2nd init、recovery执行文件与资源文件从recovery加载、否则1nd init、2nd init从init_boot加载,recovery执行文件与资源文件从vendor_boot加载;

3、没有recovery分区情况和AB系统情况一直使用同一内核boot GKI,non-AB系统有recovery分区情况在recovery模式下使用recovery的GKI。

3、linux的Kernel解耦

上图就是android的kernel解耦情况。

generic Kernel是Linus Torvalds维护的linux宏内核、GKI Modules是android定制模块,合称GKI;GKI对外接口是KMI;Vendor Modules是动态加载模块,通过KMI与GKI通信。

但是目前动态加载模块加载与执行效率并不理想,andorid还在优化。

这章关键在理解linux的分支管理与动态加载模块,以及KMI接口。内容多引用官网。

3.1 GKI

android底层是linux,这个linux除Linus Torvalds维护的宏内核外还有下面三方的修改:

1、android system针对linux的定制性修改,例如低内存终止守护进程(一个内存管理系统,可更主动地保留内存)、唤醒锁定(一种 PowerManager 系统服务)、Binder IPC 驱动程序、启动验证用的设备映射dm-mapper、OTA升级用的设备映射快照dm-snapshot、文件系统加密用的fscrypt等等;

2、芯片厂商vendor添加的内核方案,包括电源管理/DVFS、系统基础支持、PCIe和USB等高速外围设备等等;

3、ODM/OEM也有自己内核的方案,例如各家的驱动、外设方案。

现在google要脱离芯片厂商与ODM/OEM影响,对linux进行解耦。

3.2 KMI

3.3 GKI Modules与Vendor Modules

其实都是linux动态加载模块(不知道的自己查询),关键点在KMI的规范与稳定。

system的GKI模块,放置到system_dlkm里面,开机挂载分区安装,system_dlkm编译参考https://source.android.google.cn/docs/core/architecture/partitions/gki-partitions

将新功能配置为 GKI 模块

对于新功能,编辑gki_defconfig并将所需内核功能的配置项从n设置为m ( =m )。在arch/arm64/configs/gki_defconfig和arch/x86/configs/gki_defconfig中设置此设置。
将为该功能生成的 KO ( .ko ) 文件添加到common/modules.bzl的COMMON_GKI_MODULES_LIST部分。按排序顺序添加文件。如果您不确定生成的所有文件,构建将失败并列出要添加到列表中的所有必需的 KO 文件。
将步骤 2 中的同一组 KO 文件添加到common/android/gki_protected_modules以将模块指定为受保护的 GKI 模块,在运行时按升序排序以进行二进制搜索。指定为受保护 GKI 模块的模块仍必须经过 Google 批准才能成为官方受保护模块。
将步骤 2 中的同一组 KO 文件添加到common/android/gki_system_dlkm_modules ,以在运行时按升序排序以进行二进制搜索,以确保将文件复制到内核的out/<androidX-YZ>/dist/system_dlkm.img和out/ androidX-YZ /dist/system_dlkm_staging_archive.tar.gz 。 system_dlkm_staging_archive.tar.gz存档中的模块可用作输入以在平台构建中生成system_dlkm.img 。
提交您的更改以供审核。 GKI 模块是 Android 独有的内核功能,因此不需要向上游提交模块转换补丁。但是,您必须遵循其他准则来提交 Android 通用内核 (ACK) 补丁

vendor添加动态加载模块官网地址

https://source.android.google.cn/docs/core/architecture/partitions/vendor-odm-dlkm-partition

添加vendor动态加载模块规则

https://source.android.google.cn/docs/core/architecture/kernel/vendor-module-guidelines

4、dtb与dtbo

android系统对dtb也有依赖,例如system、vendor等的挂载、验证。之前写过dtb与dtbo,并示范多层设备叠加层。dtb和dtbo使用分区没有固定,可以参考https://source.android.google.cn/docs/core/architecture/dto/implement

https://blog.csdn.net/dongyi1988/article/details/103995862#t1

5、BootConfig

BootConfig这个和cmdline一样,将配置详细信息从aboot传递到 Android 12 的机制。

现在与android相关的启动参数androidboot.*从内核 cmdline 移至 bootconfig 文件。

配置参考https://source.android.google.cn/docs/core/architecture/bootloader/implementing-bootconfig#examples-and-source

注意到

  1. kernel header是V4才能用;

  1. 可在/proc/bootconfig与设备树initramfs 节点查看信息;

  1. 在linux的/proc下有文件,显然有bootconfig内核模块。

5.1、bootconfig内存使用图

5.2、代码解析

  1. bootconfig结构如上图,其中parameters段有直接编译到vendor_boot镜像的固定段和bootloader启动时的附加段

https://source.android.google.cn/docs/core/architecture/bootloader/implementing-bootconfig#examples-and-source

mkbootimg的--vendor_bootconfig参数指定文件附加vendor_boot变成bootconfig里面的固定端,指定属性文件与编译参考地址http://aospxref.com/android-13.0.0_r3/xref/packages/modules/Virtualization/microdroid/

  1. vendor_boot加载后,bootloader往bootconfig内存附加参数

http://aospxref.com/android-13.0.0_r3/xref/bootable/libbootloader/libxbc/libxbc.c?fi=addBootConfigParameters#addBootConfigParameters

函数addBootConfigParameters

  1. 内核proc模块

proc-$(CONFIG_BOOT_CONFIG) += bootconfig.o

https://cs.android.com/android/kernel/superproject/+/common-android-mainline:common/lib/bootconfig.c;l=3?q=boot&sq=&ss=android%2Fkernel%2Fsuperproject:common%2Flib%2F

  1. init解析成android属性

http://aospxref.com/android-13.0.0_r3/xref/system/core/init/util.cpp#249

6、总结

上面提到的ramdisk、kernel、dtb、BootConfig都进行了隔离,目前动态加载模块性能还不够。

linux解耦已经初具模型,在内容划分分区与内容加载上可能还有略微改动。