Android System Property

一 System Property

　　代碼中大量存在：SystemProperties.set()/SystemProperties.get()；通過這兩個接口可以對系統的屬性進行讀取/設置，

顧名思義系統屬性，肯定對整個系統全局共享。通常程序的執行以進程爲單位各自相互獨立，如何實現全局共享呢？

System Properties是怎麼一回事，又是如何實現的呢？

屬性系統是android的一個重要特性。它作爲一個服務運行，管理系統配置和狀態。所有這些配置和狀態都是屬性。

每個屬性是一個鍵值對（key/value pair），其類型都是字符串。

這些屬性可能是有些資源的使用狀態，進程的執行狀態，系統的特有屬性……

可以通過命令adb shell ：

　　　　getprop查看手機上所有屬性狀態值。

或者 getprop init.svc.bootanim制定查看某個屬性狀態

使用setprop init.svc.bootanim start 設置某個屬性的狀態

特別屬性 :

　　如果屬性名稱以“ro.”開頭，那麼這個屬性被視爲只讀屬性。一旦設置，屬性值不能改變。

　　如果屬性名稱以“persist.”開頭，當設置這個屬性時，其值也將寫入/data/property。

　　如果屬性名稱以“net.”開頭，當設置這個屬性時，“net.change”屬性將會自動設置，以加入到最後修改的屬性名。

　　　　（這是很巧妙的。 netresolve模塊的使用這個屬性來追蹤在net.*屬性上的任何變化。）

　　屬性“ ctrl.start ”和“ ctrl.stop ”是用來啓動和停止服務。每一項服務必須在/init.rc中定義.系統啓動時，與init守護

　　　　進程將解析init.rc和啓動屬性服務。一旦收到設置“ ctrl.start ”屬性的請求，屬性服務將使用該屬性值作爲服務

　　　　名找到該服務，啓動該服務。這項服務的啓動結果將會放入“ init.svc.<服務名>“屬性中。客戶端應用程序可以輪詢那個屬性值，以確定結果。

二 framework訪問系統服務流程

　　framework通過SystemProperties接口操作系統屬性，SystemProperties通過JNI調用訪問系統屬性。

　　\frameworks\base\core\java\android\os\ SystemProperties.java：

public class SystemProperties
{
    //JNI
    private static native String native_get(String key, String def);
    private static native void native_set(String key, String def);

    public static String get(String key, String def) {
        return native_get(key, def);
    }

    public static void set(String key, String val) {
        native_set(key, val);
    }
}

Jni代碼位置：

\frameworks\base\core\jni\android_os_SystemProperties.cpp

獲取系統屬性 阻塞方式：

static jstring SystemProperties_getSS()
{
        len = property_get(key, buf, "");
}

操作在\bionic\libc\bionic\system_properties.c中：

int __system_property_get(const char *name, char *value)
{
    //數據已經存儲在內存中__system_property_area__ 等待讀取完返回
    const prop_info *pi = __system_property_find(name);
    return __system_property_read(pi, 0, value);
}

進程啓動後數據已經將系統屬性數據讀取到相應的共享內存中，保存在全局變量__system_property_area__；

進程之間都是獨立的，系統屬性數據是如何讀取到當前進程空間中的呢？後續介紹。

設置屬性異步socket通信：

int __system_property_set(const char *key, const char *value)
{
      msg.cmd = PROP_MSG_SETPROP;
    strlcpy(msg.name, key, sizeof msg.name);
    strlcpy(msg.value, value, sizeof msg.value);
    err = send_prop_msg(&msg);
}

static int send_prop_msg(prop_msg *msg)
{
    //sokcet 通信 /dev/socket/property_service 
    s = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    connect(s, (struct sockaddr *) &addr, alen)
    send(s, msg, sizeof(prop_msg), 0)
    close(s);
}

　　通過socket向property_service發送消息，property_service運行在哪裏呢？

三 Property Service創建服務端socket

init進程啓動監聽過程中：\system\core\init\Init.c

int main(int argc, char **argv)
{    
    //加入到action queue隊列
    queue_builtin_action(property_service_init_action, "property_service_init");
    for(;;)
        //執行action queue隊列
        //接收通過socket向property service 發送的數據;
        nr = poll(ufds, fd_count, timeout);
        ……
        handle_property_set_fd();
}

static int property_service_init_action(int nargs, char **args)
{
    start_property_service();

}

\system\core\init\property_service.c：
void start_property_service(void)
{
    //加載屬性配置文件
    load_properties_from_file(PROP_PATH_SYSTEM_BUILD);
    load_properties_from_file(PROP_PATH_SYSTEM_DEFAULT);
    load_properties_from_file(PROP_PATH_LOCAL_OVERRIDE);
    load_persistent_properties();
    
    //創建socket資源 並綁定
    fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM, 0666, 0, 0);
    //監聽
    listen(fd, 8);
}

　　Property Service 是運行在init守護進程中。

　　接收到消息之後幹什麼，還是要先弄清楚整個Property Service是如何實現的呢，後續介紹。

先看看Property Service接收到消息後的處理。

四 Property Service 監聽socket處理

Property Service監聽socket消息的處理過程：

void handle_property_set_fd()
{
    //等待建立通信
    s = accept(property_set_fd, (struct sockaddr *) &addr, &addr_size)

    //獲取套接字相關信息 uid gid
    getsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_PEERCRED, &cr, &cr_size);
    //接收屬性設置請求消息
    recv(s, &msg, sizeof(msg), 0);
    //處理消息    
    switch(msg.cmd) {
    case PROP_MSG_SETPROP:
        //通過設置系統屬性  處理ctl.開頭消息
        if(memcmp(msg.name,"ctl.",4) == 0) 
        {
            //權限檢測
            if (check_control_perms(msg.value, cr.uid, cr.gid)) 
            {
                handle_control_message((char*) msg.name + 4, (char*) msg.value);
            }
        } else 
        {
            //更改系統屬性值
            if (check_perms(msg.name, cr.uid, cr.gid)) 
            {
                property_set((char*) msg.name, (char*) msg.value);
            }
        }
    break;
    }
    close(s);
}

通過設置系統屬性啓動/關閉Service：

權限判斷：

static int check_control_perms(const char *name, unsigned int uid, unsigned int gid) 
{
    // system /root用戶直接有權限
    if (uid == AID_SYSTEM || uid == AID_ROOT)
        return 1;
    
    //查詢用戶名單，判斷是否存在表中並具有對應權限
    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 1;
            }
        }
    }
    return 0;
}

所以如果想要應用有權限啓動/關閉某Native Service：

　　需要具有system/root權限

　　找到對應應用uid gid，將應用名稱加入到control_perms列表中

處理消息可以通過設置系統屬性改變服務的執行狀態 start/stop：

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_stop(arg);
        msg_start(arg);
    } 
}

static void msg_start(const char *name)
{
    service_start(svc, args);
}
void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args){
    //創建進程啓動服務
    pid = fork();
    execve(svc->args[0], (char**) svc->args, (char**) ENV);
    
    //修改服務的系統屬性 執行狀態
    notify_service_state(svc->name, "running");
}

連着前面就是ctr.start和ctr.stop系統屬性：用來啓動和停止服務的。

例如：

　　　　// start boot animation

　　　　property_set("ctl.start", "bootanim");

在init.rc中表明服務是否在開機時啓動：

service adbd /sbin/adbd
　　　　class core
　　　　disabled //不自動啓動

啓動服務的時候會判斷：

static void service_start_if_not_disabled(struct service *svc)
{
        //判斷是否啓動
        if (!(svc->flags & SVC_DISABLED)) {
            service_start(svc, NULL);
        }
}

修改系統屬性值：

static int check_perms(const char *name, unsigned int uid, unsigned int gid)
{
    //進行權限檢測
    for (i = 0; property_perms[i].prefix; i++) {
        int tmp;
        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 1;
            }
        }
    }

    return 0;
}

看這個修改系統屬性權限表：

property_perms[] = {
    { "net.dns",          AID_RADIO,    0 },
    { "net.",             AID_SYSTEM,   0 },
    { "dev.",             AID_SYSTEM,   0 },
    { "runtime.",         AID_SYSTEM,   0 },
    { "sys.",             AID_SYSTEM,   0 },
    { "service.",         AID_SYSTEM,   0 },
    { "persist.sys.",     AID_SYSTEM,   0 },
    { "persist.service.", AID_SYSTEM,   0 },
    ……
     { NULL, 0, 0 }
};

　　指定了特定的用戶有用修改帶有某些前綴的系統屬性值。

　　到這裏基本就是Property對外的基本工作流程，Property Service內部具體如何實現，操作運行，

　　跨進程空想內存等問題仍未清除是如何處理的。

五屬性系統設計

屬性系統的上層架構如下圖所示：

　　Property Service運行在init進程中，開機從屬性文件中加載到共享內存中；設置系統屬性通過socket與Property Service通信。

　　Property Consumer進程將存儲系統屬性值的共享內存，加載到當前進程虛擬空間中，實現對系統屬性值的讀取。

　　Property Setter進程修改系統屬性，通過socket向Property Service發送消息，更改系統屬性值。

六屬性系統實現

屬性系統設計的關鍵就是：跨進程共享內存的實現。

下面將看看屬性系統實現具體過程：

Init進程執行：

int main(int argc, char **argv){
    //將屬性系統初始化函數加入action queue
　　queue_builtin_action(property_init_action, "property_init");
　　for(;;)
}

static int property_init_action(int nargs, char **args)
{
    property_init(load_defaults);
}

初始化Property Service：

\system\core\init\property_service.c

void property_init(bool load_defaults)
{
    //初始化共享內存空間
    init_property_area();
    //加載屬性文件
　　load_properties_from_file(PROP_PATH_RAMDISK_DEFAULT);
}

初始化共享內存空間：

static int init_property_area(void)
{    
    //創建匿名內存空間PA_SIZE = 32768
    init_workspace(&pa_workspace, PA_SIZE)
    //將內存區域分成兩部分：屬性系統基本信息和屬性鍵值對
    pa_info_array = (void*) (((char*) pa_workspace.data) + PA_INFO_START);
    
    //初始化屬性系統信息
    pa = pa_workspace.data;
    memset(pa, 0, PA_SIZE);
    pa->magic = PROP_AREA_MAGIC;
    pa->version = PROP_AREA_VERSION;

    /* plug into the lib property services */
    __system_property_area__ = pa;
}

__system_property_area__：

　　每個進程都會使用此變量，指向系統屬性共享內存區域，訪問系統屬性，很重要。

位於：\bionic\libc\bionic\system_properties.c中，屬於bionic庫。後面將介紹各進程如何加載共享內存。

將文件作爲共享內存映射到進程空間內存使用：

static int init_workspace(workspace *w, size_t size)
{
    //dev is a tmpfs是一種虛擬內存文件系統
    int fd = open("/dev/__properties__", O_RDWR | O_CREAT, 0600);
    //將文件映射爲共享進程空間內存 使其可以與操作內存方式一致
    void *data = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, 
　　　　　　MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);
    
    //刪除文件
    fd = open("/dev/__properties__", O_RDONLY);
    unlink("/dev/__properties__");
    //保存fd size 將作爲環境變量傳遞給每個進程
     w->data = data; w->size = size; w->fd = fd;
}

加載系統屬性默認數據文件：

#define PROP_PATH_RAMDISK_DEFAULT  "/default.prop"
static void load_properties_from_file(const char *fn)
{
    //讀取系統屬性鍵值對數據寫入到共享內存中
    data = read_file(fn, &sz);
    load_properties(data);
}

　　加上上面所述：Property Service Socket資源的創建，來監聽socket通信連接設置系統屬性，

　　在Init進程中Property Service完成了初始化。

將得到該內存區域數據結構：

七進程共享系統屬性內存空間實現

　　Property Service運行於init進程中，將文件映射爲創建一塊共享內存空間，但在整個系統中，

其他進程也能夠讀取這塊內存映射到當前進程空間中，是如何實現的呢？

Service進程啓動：將共享內存空間fd size作爲環境變量傳遞給新創建進程

void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
{
    //創建進程
    pid = fork();

    if (pid == 0) {
        if (properties_inited()) {
            //獲取系統屬性空間文件描述
            get_property_workspace(&fd, &sz);
            //dup最小的可用文件描述符
            sprintf(tmp, "%d,%d", dup(fd), sz);
            //加入ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE環境變量到ENV 
　　　　　　　　//包含共享內存fd
            add_environment("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE", tmp);
        }
        //執行程序 傳遞環境變量ENV
        execve(svc->args[0], (char**) svc->args, (char**) ENV)
        //設置Service系統屬性
        notify_service_state(svc->name, "running");
    }
}

void get_property_workspace(int *fd, int *sz)
{
   *fd = pa_workspace.fd;
   *sz = pa_workspace.size;
}

共享內存空間fd size作爲環境變量傳遞給新創建進程後，將在何處使用呢？

將系統屬性內存空間映射到當前進程虛擬空間：

進程在啓動時，會加載動態庫bionic libc庫：

　　\bionic\libc\bionic\libc_init_dynamic.c中：

　　void __attribute__((constructor)) __libc_preinit(void);

根據GCC的constructor/destructor屬性：

　　　　給一個函數賦予constructor或destructor，其中constructor在main開始運行之前被調用，

　　destructor在main函數結束後被調用。如果有多個constructor或destructor，可以給每個constructor

　　或destructor賦予優先級，對於constructor，優先級數值越小，運行越早。destructor則相反。

多個constructor需要加優先級：

__attribute__((constructor(1))) void func1()  
{  
    printf("in constructor of foo\n");  
}  
__attribute__((constructor(2))) void func2()  
{  
    printf("in constructor of foo1\n");  
} 
__attribute__((destructor)) void bar()  
{  
    printf("in constructor of bar\n");  
}

__libc_preinit在bionic libc庫加載的時候會被調用：

void __libc_preinit(void)
{   
    __libc_init_common(elfdata);
}

void __libc_init_common(uintptr_t *elfdata)
{
    __system_properties_init();
}

int __system_properties_init(void)
{
    prop_area *pa;    int s, fd;        unsigned sz;        char *env;
    //獲取環境變量ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE 
　　//與上面init進程中設置對應
    env = getenv("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE");
    //共享內存文件描述符 內存大小
    fd = atoi(env);
    sz = atoi(env + 1);
    //將文件描述符映射到當前進程虛擬空間內存，實現共享內存
    pa = mmap(0, sz, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
    //全局變量指向共享系統屬性內存首地址
    __system_property_area__ = pa;
}

　　這就是整個System Property的訪問交互和實現過程，具體請參考源碼。

參考文檔：

　　http://blog.chinaunix.net/uid-20459533-id-3168973.html

　　http://www.cnblogs.com/simonshi/archive/2010/04/08/1707516.html

　　http://blog.csdn.net/zhangchiytu/article/details/7539101

Android屬性之build.prop生成過程：

　　http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2013/02/28/2937014.html

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五屬性系統設計

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