APEX - Android Q

引自https://source.android.com/devices/tech/ota/apex

因本人忘性越來越大，故記錄一下本文加深下記憶，描述有些問題的地方見諒。

建議有英文閱讀能力的同學自行訪問官方網址。

Android Pony EXpress (APEX) 是Android 10引入的一種容器格式，用於底層系統模塊的安裝flow。因爲不用符合Android標準應用程序格式， 因此該格式的引用可以促進更新系統模塊。底層模塊包括像Native的services和庫、HALs、ART等。

背景

儘管Android支持底層系統模塊以安裝Android應用程序的方式更新，但仍然有以下缺點

1、基於APK的模塊無法在啓動流程中更早的啓動。PackageManager 是apk的重要存儲中心，且只能被activity manager啓動。因此，APK的模塊只能在啓動序列較晚的階段中準備好。

2、APK的格式（尤其是manifest）對系統模塊來說並不是非常適合

設計

本節介紹APEX文件格式和APEX Manager。APEX Manager是管理APEX文件的Service。

APEX文件格式

APEX文件格式如下

Note: 上圖應該是Android Q的，R應該又有些變化

從頂層看，APEX文件是一個Zip文件，其中的文件均是未壓縮的。

其中的四個文件有

• apex_manifest.json
• AndroidManifest.xml
• apex_pubkey
• apex_payload.img

apex_manifest.json文件包括package name和版本，用來標識該APEX文件

AndroidManifest.xml可以允許APEX文件使用一些apk的工具，像adb、package manager、 app install app等。舉個例子APEX文件可以使用aapt檢查文件的metadata。該文件還包括packcage name和版本號，這些內容通常也會再apex_manifest.json文件中。

apex_payload.img是依賴dm-verity的EXT4文件系統鏡像。該鏡像在運行時通過一個迴環設備加載。具體地說，metadata和hash tree是通過libavb創建的。apex_payload.img還沒有被解析，因爲要求該文件是可掛載的。一些常規文件包含在該鏡像中。

apex_pubkey是用來給文件系統簽名的公鑰。該公鑰確保下載的apex文件是以編譯階段相同的方式簽名。

APEX Manager

APEX Manger是個獨立的Native進程，用來驗證、卸載、安裝APEX文件。該進程會在啓動序列的早期啓動並準備好。預安裝的APEX文件通常在設備的/system/apex目錄下。當沒有其他更新可用時，APEX Manger默認使用這些package。

APEX使用Package Manager更新的過程如下：

1. APEX文件通過adb、packeage安裝app等方式下載
2. Package Manager識別出該文件是APEX文件，將該文件傳送給APEX Manager
3. APEX Manger驗證APEX文件
4. 當APEX文件驗證成功，APEX Manger更新內部數據庫，標識該APEX文件將會在下次啓動後使用
5. 安裝的請求程序接受到了驗證成功的廣播
6. 爲繼續安裝，Android系統將會自動重啓
7. 重啓時，APEX Manger啓動，讀取內部數據庫，爲每個APEX文件做如下步驟：
   1. 驗證APEX文件
   2. 爲APEX文件建立迴環設備
   3. 在環回設備的頂部創建設備映射塊設備
   4. 掛載設備映射塊設備到一個唯一的目錄下

當所有的APEX文件均被加載後，APEX Manger會創建一個binder service以便讓其他的系統組件查詢已安裝的APEX文件列表。舉個例子，系統組件可以查詢到所有已安裝的APEX文件列表以及其掛載位置。

APEX文件是一個APK文件

APEX文件是一個有效的APK文件，因爲它有使用APK簽名機制簽名。這就允許了apex文件使用一些apk的基本功能，像包安裝app、簽名組件和package manager。

AnroidManifest.xml包括信息有package name、versionCode，還有可選項的targetSdkVersion、minSdkVersion和maxSdkVersion。這些信息就允許APEX文件可以使用apk的現有傳輸途徑，像ADB等。

文件支持類型

APEX格式支持以下類型：

Native層的共享庫

Naive層的可執行bin檔

JAR文件

數據文件

配置文件

這不意味着APEX可以完全替換這些文件類型，還要看平臺支持和接口的穩定程度。

簽名

APEX文件簽名需要兩個過程。首先，apex_payload.img文件單獨被簽名。接着，整個APEX文件通過APK簽名方案V3簽名。兩個過程使用的是不同的Key。

在設備端，安裝了公鑰（對應vbmeta簽名的私鑰）。APEX Manger通過公鑰驗證APEX文件可以被安裝。

APEX built-in部分

APEX文件可以位於內置分區中，如/system。分區已經在dm verity上，因此APEX文件直接掛載在環回設備上。

如果APEX存在於內置分區中，則可以通過提供具有相同包名和更高版本代碼的APEX包來更新APEX。新的APEX存儲在/data中，與apk類似，新版本會隱藏內置分區中已經存在的版本。但與apk不同的是，APEX的新版本只在重啓後才被激活。

編譯APEX文件

本節描述如何編譯一個APEX文件。下面展示名爲apex.test的APEX文件。

Android.bp文件如下：

apex_manifest.json如下：

file_contexts如下：

文件類型和路徑如下（相應文件放到子目錄中）

File type	Location in APEX
Shared libraries	/lib and /lib64 (/lib/arm for translated arm in x86)
Executables	/bin
Java libraries	/javalib
Prebuilts	/etc

依賴傳遞

APEX將自動include可執行bin檔或者Native共享庫的依賴。舉個例子，比如LibFoo依賴LibBar，當LibFoo在APEX的native_shared_libs屬性中時，LibBar也會被include進來。

vbmeta 簽名

需要給每個APEX使用不同的Key進行加密。當需要一個新的Key時，會創建一對公私密鑰對和生成一個apex_key模塊。使用Key屬性去給APEX加密。公鑰