Android 深入系统完全讲解

Posted 2023-01-11 程序员入门进阶

7 如何调试代码，JNI，Framework,APP
调试技巧是我在每入职一家新公司，都会给大家分享的。在 MTK 官方培训还是需要编译才能调试的时候，我无意中调试 MMS 代码，发现跟进了系统代码，调试了相关的匹配搜索子串代码（联系人的搜索界面），定位解决了一个问题。

而此时我没有编译代码，也没有加载代码（用的官方的），就这么幸运的知道原来调试只依赖包和对应的进程，那时候开始系统代码学习就加速了，有了长足的进步，这也是我一般不写流程的原因。

通过关键函数下断点，流程跟踪看堆栈，基本上很快就能画出来时序图，剩下的就是多跟，学习整理就出来框架了。

于是，我分享的都是通用解，是脱离了代码的道，也就是底层逻辑。而调试就是最核心的一个，而另一个就是阅读代码的技巧。

这里我直接分享之前写的文章，大家直接使用就可以了。
1 Framework 的调试

首先，android 是一种基于 Linux 的开放源代码软件栈，为广泛的设备和机型而创建。下图是 Android 平台的主要组件。

从图中你可以看到主要有以下几部分组成：
Linux 内核
Android Runtime
原生 C/C++库
Java API 框架（后面我称之为 Framework 框架层）
系统应用

我们在各个应用市场看到的，大多是第三方应用，也就是安装在 data 区域的应用，它们可以卸载，并且权限也受到一些限制，比如不能直接设置时间日期，需要调用到系统应用设置里面再进行操作。

而我们在应用开发过程中使用的四大组件，便是在 Framework 框架层进行实现，应用通过约定俗成的规则，在 AndroidMainfest.xml 中进行配置，然后继承对应的基类进行复写。系统在启动过程中解析 AndroidMainfest.xml，将应用的信息存储下来，随后根据用户的操作，或者系统的广播触发，启动对应的应用。

那么，我们先来看看 Framework 框架层都有哪些东西。

Framework 框架层是应用开发过程中，调用的系统方法的内部实现，比如我们使用的TextView、Button 控件，都是在这里实现的。再举几个例子，我们调用 ActivityManager 的getRunningAppProcesses 方法查看当前运行的进程列表，还有我们使用 NotificationManager的 notify 发送一个系统通知。

让我们来看看 Framework 相关的代码路径。

如何快速地学习、梳理 Framework 知识体系呢？常见的学习方法有下面几种：
1 阅读书籍（方便梳理知识体系，但对于解决问题只能提供方向）。
2 直接阅读源码（效率低，挑战难度大）。
3 打 Log 和打堆栈 （效率有所提升，但需要反复编译，添加 Log 和堆栈代码）。
4 直接联调，实时便捷（需要调试版本）。
首先可以通过购买相关的书籍进行学习，其中主要的知识体系有 Linux 操作系统，比如进程、线程、进程间通信、虚拟内存，建立起自己的软件架构。在此基础上学习 Android 的启动过程、服务进程 SystemServer 的创建、各个服务线程（AMS/PMS 等）的创建过程，以及 Launcher的启动过程。熟悉了这些之后，你还要了解 ART 虚拟机的主要工作原理，以及 init 和 Zygote的主要工作原理。之后随着在工作和实践过程中你会发现，Framework 主要是围绕应用启动、显示、广播消息、按键传递、添加服务等开展，这些代码的实现主要使用的是 Java 和 C++这两种语言。

通过书籍或者网络资料学习一段时间后，你会发现很多问题都没有现成的解决方案，而此时就需要我们深入源码中进行挖掘和学习。但是除了阅读官方文档外，别忘了调试 Framework
也是一把利刃，可以让你游刃有余快速定位和分析源码。
下面我们来看看调试 Framework 的 Java 部分，关于 C++的部分，需要使用 GDB 进行调试，
你可以在课下实践一下，后面我们会讲。
我们这里使用 Android Studio 进行调试，在调试前我们要先掌握一些知识。Java 代码的调试，
主要依据两个因素，一个是你要调试的进程；一个是调试的类对应的包名路径，同时还要保
证你所运行的手机环境和你要调试的代码是匹配的。只要这两个信息匹配，编译不通过也是
可以进行调试的。
我们调试的系统服务是在 SystemServer 进程中，可以使用下面的命令验证（我这里使用
Genymotion 上安装安卓对应版本镜像的环境演示）。
ps -A |grep system_server 查看系统服务进程 pid
cat /proc/pid/maps |grep services 通过 cat 查看此进程的内存映射，看看是否 services 映射到内存里面。

这里我们看到信息：/system/framework/oat/x86/services.odex 。
odex 是 Android 系统对于 dex 的进一步优化，目的是为了提升执行效率。从这个信息便可以确定，我们的 services.jar 确实是跑到这里了，也就是我们的系统服务相关联的代码，可以通过调试 SystemServer 进程进行跟踪。

下来我们来建立调试环境。

打开 Genymotion，选择下载好 Android 9.0 的镜像文件，启动模拟器。
找到模拟器对应的 ActivityManagerService.java 代码。 我是从 http://androidxref.com/下载Android 9.0 对应的代码。

打开 Android Studio，File -> New -> New Project 然后直接 Next 直到完成就行。
新建一个包名，从 ActivityManagerService.java 文件中找到它，这里为 com.android.server.am，然后把 ActivityManagerService.java 放到里面即可。

在 ActivityManagerService.java 的 startActivity 方法上面设置断点，然后找到菜单的 Run ->Attach debugger to Android process 勾选 Show all process，选中 system_server 进程确定。

这时候我们点击 Genymotion 模拟器中桌面的一个图标，启动新的界面。会发现这时候我们设定的断点已经生效。

你可以看到断下来的堆栈信息，以及一些变量值，然后我们可以一步步调试下去，跟踪启动的流程。

对于学习系统服务线程来讲，通过调试可以快速掌握流程，再结合阅读源码，便可以快速学习，掌握系统框架的整个逻辑，从而节省学习的时间成本。

以上我们验证了系统服务 AMS 服务代码的调试，其他服务调试方法也是一样，具体的线程信息，可以使用下面的命令查看。

ps -T 353

这里 353 是使用 ps -A |grep system_server 查出 SystemServer 的进程号

在上面图中，PID = TID 的只有第一行这一行，如果 PID = TID 的话，也就是这个线程是主线程。下面是我们平时使用 Logcat 查看输出的信息。

03-10 09:33:01.804 240 240 I hostapd : type=1400 audit(0.0:1123): avc: de
03-10 09:33:37.320 353 1213 D WificondControl: Scan result ready event
03-10 09:34:00.045 404 491 D hwcomposer: hw_composer sent 6 syncs in 60s

这里我还框了一个 ActivityManager 的线程，这个是线程的名称，通过查看这行的 TID（368）就知道下面的 Log 就是这个线程输出的。

03-10 08:47:33.574 353 368 I ActivityManager: Force stopping com.android.providers

学习完上面的知识，相信你应该学会了系统服务的调试。通过调试分析，我们便可以将系统服务框架进行庖丁解牛般的学习，面对大量庞杂的代码掌握起来也可以轻松一些。

我们回过头来，再次在终端中输入 ps -A，看看下面这一段信息。

你可以看到这里的第一列，代表的是当前的用户，这里有 system root 和 u0_axx，不同的用户有不同的权限。我们当前关注的是第二列和第三列，第二列代表的是 PID，也就是进程 ID；

第三列代表的是 PPID，也就是父进程 ID。

你发现我这里框住的都是同一个父进程，那么我们来找下这个 323 进程，看看它到底是谁。

root 323 1 1089040 127540 poll_schedule_timeout f16fcbc9 S zygote
这个名字在学习 Android 系统的时候，总被反复提及，因为它是我们 Android 世界的孵化器，
每一个上层应用的创建，都是通过 Zygote 调用 fork 创建的子进程，而子进程可以快速继承
父 进 程 已 经 加 载 的 资 源 库 ， 这 里 主 要 指 的 是 应 用 所 需 的 JAR 包 ， 比 如
/system/framework/framework.jar，因为我们应用所需的基础控件都在这里，像 View、
TextView、ImageView。
接下来我来讲解下一个调试，也就是对 TextView 的调试（其他 Button 调试方式一样）。如
前面所说，这个代码被编译到/system/framework/framework.jar，那么我们通过 ps 命令和 cat
/proc/pid/maps 命令在 Zygote 中找到它，同时它能够被每一个由 Zygote 创建的子进程找到，
比如我们当前要调试 Gallery 的主界面 TextView。
我们验证下，使用 ps -A |grep gallery3d 查到 Gallery 对应的进程 PID，使用 cat /proc/pid/maps
|grep framework.jar 看到如下信息：

efcd5000-efcd6000 r–s 00000000 08:06 684
/system/framework/framework.jar

这说明我们要调试的应用进程在内存映射中确实存在，那么我们就需要在 gallery3d 进程中
下断点了。
下来我们建立调试环境：
打开 Genymotion，选择下载好 Android 9.0 的镜像文件，启动模拟器，然后在桌面上启动Gallery 图库应用。
找到模拟器对应的 TextView.java 代码。
打开 Android Studio，File -> New -> New Project 然后直接 Next 直到完成就行。
新建一个包名，从 TextView.java 文件中找到它的包名，这里为 android.widget，然后把
TextView.java 放到里面即可。
在 TextView.java 的 onDraw 方法上面设置断点，然后找到菜单的 Run -> Attach debugger to

Android process 勾选 Show all process，选中 com.android.gallery3d 进程（我们已知这个主界面有 TextView 控件）确定。

然后我们点击下这个界面左上角的菜单，随便选择一个点击，发现断点已生效，具体如下图所示。

然后我们可以使用界面上的调试按钮（或者快捷键）进行调试代码。

今天我讲解了如何调试 Framework 中的系统服务进程的 AMS 服务线程，其他 PMS、WMS的调试方法跟 AMS 一样。并且我也讲解了如何调试一个应用里面的 TextView 控件，其他的比如 Button、ImageView 调试方法跟 TextView 也是一样的。

通过今天的学习，我希望能够给你一个学习系统框架最便捷的路径。在解决系统问题的时候，你可以方便的使用调试分析，从而快速定位、修复问题。

那么，你是否已经跃跃欲试，准备调试一下自己的应用呢？提出一个问题，我们调试 Gallery应用的 TextView 时候，前提是让这个应用先运行起来，如果我们想调试从点击桌面 Gallery图标到 Gallery 主界面绘制出来的过程，该如何调试呢？

我们是否能够调试市面上发行的三方应用呢？比如微信，支付宝的某个界面的 TextView 控件？

再深入一下，如果我们想研究市面一款应用的内部实现，需要反编译分析代码，我们能否调试反编译出来的 Smali 代码呢？