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Android WebView加载Chromium动态库的过程分析

November 28, 2016, 1:00 am
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       Chromium动态库的体积比较大，有27M左右，其中程序段和数据段分别占据25.65M和1.35M。如果按照通常方式加载Chromium动态库，那么当有N个正在运行的App使用WebView时，系统需要为Chromium动态库分配的内存为(25.65 + N x 1.35)M。这是非常可观的。为此，Android使用了特殊的方式加载Chromium动态库。本文接下来就详细分析这种特殊的加载方式。

老罗的新浪微博：http://weibo.com/shengyangluo，欢迎关注！

《Android系统源代码情景分析》一书正在进击的程序员网（http://0xcc0xcd.com）中连载，点击进入！

       为什么当有N个正在运行的App使用WebView时，系统需要为Chromium动态库分配的内存为(25.65 + N x 1.35)M呢？这是由于动态库的程序段是只读的，可以在多个进程之间进行共享，但是数据段一般是可读可写的，不能共享。在1.35M的数据段中，有1.28M在Chromium动态库加载完成后就是只读的。这1.28M数据包含有C++虚函数表，以及指针类型的常量等，它们在编译的时候会放在一个称为GNU_RELRO的Section中，如图1所示：


图1 App进程间不共享GNU_RELRO Section

       如果我们将该GNU_RELRO Section看作是一般的数据段，那么系统就需要为每一个使用了WebView的App进程都分配一段1.28M大小的内存空间。前面说到，这1.28M数据在Chromium动态库加载完成后就是只读的，那么有没有办法让它像程序段一样，在多个App进程之间共享呢？

       只要能满足一个条件，那么答案就是肯定的。这个条件就是所有的App进程都在相同的虚拟地址空间加载Chromium动态库。在这种情况下，就可以在系统启动的过程中，创建一个临时进程，并且在这个进程中加载Chromium动态库。假设Chromium动态库的加载地址为Base Address。加载完成后，将Chromium动态库的GNU_RELRO Section的内容Dump出来，并且写入到一个文件中去。

       以后App进程加载Chromium动态库时，都将Chromium动态库加载地址Base Address上，并且使用内存映射的方式将前面Dump出来的GNU_RELRO文件代替Chromium动态库的GNU_RELRO Section。这样就可以实现在多个App进程之间共享Chromium动态库的GNU_RELRO Section了，如图2所示：


图2 App进程间共享GNU_RELRO Section

       从前面Android应用程序进程启动过程的源代码分析一文可以知道，所有的App进程都是由Zygote进程fork出来的，因此，要让所有的App进程都在相同的虚拟地址空间加载Chromium动态库的最佳方法就是在Zygote进程的地址空间中预留一块地址。

       还有两个问题需要解决。第一个问题是要将加载后的Chromium动态库的GNU_RELRO Section的内容Dump出来，并且写入到一个文件中去。第二个问题是要让所有的App进程将Chromium动态加载在指定位置，并且可以使用指定的文件来代替它的GNU_RELRO Section。这两个问题都可以通过Android在5.0版本提供的一个动态库加载函数android_dlopen_ext解决。

       接下来，我们就结合源码，分析Zygote进程是如何为App进程预留地址加载Chromium动态库的，以及App进程如何使用新的动态库加载函数android_dlopen_ext加载Chromium动态库的。

       从前面Android系统进程Zygote启动过程的源代码分析一文可以知道，Zygote进程在Java层的入口函数为ZygoteInit类的静态成员函数main，它的实现如下所示：

public class ZygoteInit {
    ......

    public static void main(String argv[]) {
        try {
            .......

            preload();
            .......

            if (startSystemServer) {
                startSystemServer(abiList, socketName);
            }

            ......
            runSelectLoop(abiList);

            ......
        } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
            ......
        } catch (RuntimeException ex) {
            ......
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java中。

       ZygoteInit类的静态成员函数main在启动System进程以及使得Zygote进程进入运行状态之前，首先会调用另外一个静态成员函数preload预加载资源。这些预加载的资源以后就可以在App进程之间进行共享。

       ZygoteInit类的静态成员函数preload在预加载资源的过程中，就会为Chromium动态库预保留加载地址，如下所示：

public class ZygoteInit {
    ......

    static void preload() {
        ......
        // Ask the WebViewFactory to do any initialization that must run in the zygote process,
        // for memory sharing purposes.
        WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
        ......
    }

    ......
}

       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java中。

       ZygoteInit类的静态成员函数preload是通过调用WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInZygote为Chromium动态库预保留加载地址的，后者的实现如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    public static void prepareWebViewInZygote() {
        try {
            System.loadLibrary("webviewchromium_loader");
            long addressSpaceToReserve =
                    SystemProperties.getLong(CHROMIUM_WEBVIEW_VMSIZE_SIZE_PROPERTY,
                    CHROMIUM_WEBVIEW_DEFAULT_VMSIZE_BYTES);
            sAddressSpaceReserved = nativeReserveAddressSpace(addressSpaceToReserve);

            ......
        } catch (Throwable t) {
            ......
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInZygote首先会加载一个名称为“webviewchromium_loader”的动态库，接下来又会获得需要为Chromium动态库预留的地址空间大小addressSpaceToReserve。知道了要预留的地址空间的大小之后，WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInZygote就会调用另外一个静态成员函数nativeReserveAddressSpace为Chromium动态库预留地址空间。

       WebViewFactory类的静态成员函数nativeReserveAddressSpace是一个JNI方法，它在C++层对应的函数为ReserveAddressSpace。这个函数实现在上述名称为“webviewchromium_loader”的动态库中，如下所示：

jboolean ReserveAddressSpace(JNIEnv*, jclass, jlong size) {
  return DoReserveAddressSpace(size);
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/loader/loader.cpp中。

       函数ReserveAddressSpace调用另外一个函数DoReserveAddressSpace预留大小为size的地址空间，如下所示：

void* gReservedAddress = NULL;
size_t gReservedSize = 0;

jboolean DoReserveAddressSpace(jlong size) {
  size_t vsize = static_cast<size_t>(size);

  void* addr = mmap(NULL, vsize, PROT_NONE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  ......

  gReservedAddress = addr;
  gReservedSize = vsize;
  ......

  return JNI_TRUE;
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/loader/loader.cpp中。

       函数DoReserveAddressSpace是通过系统接口mmap预留指定大小的地址空间的。同时，预留出来的地址空间的起始地址和大小分别记录在全局变量gReservedAddress和gReservedSize中。以后Chromium动态库就可以加载在该地址空间中。

       为Chromium动态库预留好加载地址之后，Android系统接下来要做的一件事情就是请求Zygote进程启动一个临时进程。这个临时进程将会在上述预留的地址空间中加载Chromium动态库。这个Chromium动态库在加载的过程中，它的GNU_RELRO Section会被重定位。重定位完成之后，就可以将它的内容Dump到一个文件中去。这个文件以后就会以内存映射的方式代替在App进程中加载的Chromium动态库的GNU_RELRO Section。

       请求Zygote进程启动临时进程的操作是由System进程完成的。从前面Android系统进程Zygote启动过程的源代码分析一文可以知道，System进程是由Zygote进程启动的，它在Java层的入口函数为SystemServer的静态成员函数main，它的实现如下所示：

public final class SystemServer {
    ......

    public static void main(String[] args) {
        new SystemServer().run();
    }

    ......
}
      这个函数定义在文件frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java中。

      SystemServer的静态成员函数main首先是创建一个SystemServer对象，然后调用这个SystemServer对象的成员函数run在System进程中启动各种系统服务，如下所示：

public final class SystemServer {
    ......

    private void run() {
        ......

        // Start services.
        try {
            startBootstrapServices();
            startCoreServices();
            startOtherServices();
        } catch (Throwable ex) {
            ......
        }

        ......

        // Loop forever.
        Looper.loop();
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
    }

    ......
}

       这个函数定义在文件frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java中。

       SystemServer类的成员函数run首先会调用成员函数startBootstrapServices启动Bootstrap类型的系统服务。这些系统服务包括Activity Manager Service、Power Manager Service、Package Manager Service和Display Manager Service等。

       SystemServer类的成员函数run接下来又会调用成员函数startCoreServices启动Core类型的系统服务。这些系统服务包括Lights Service、Battery Service和Usage Stats Service等。

       SystemServer类的成员函数run再接下来还会调用成员函数startOtherServices启动其它的系统服务。这些其它的系统服务包括Account Manager Service、Network Management Service和Window Manager Service等。

       SystemServer类的成员函数startOtherServices启动完成其它的系统服务之后，就会创建一个Runnable。这个Runnable会在Activity Manger Service启动完成后执行，如下所示：

public final class SystemServer {
    ......

    private void startOtherServices() {
        final Context context = mSystemContext;
        AccountManagerService accountManager = null;
        ContentService contentService = null;
        VibratorService vibrator = null;
        IAlarmManager alarm = null;
        MountService mountService = null;
        NetworkManagementService networkManagement = null;
        NetworkStatsService networkStats = null;
        NetworkPolicyManagerService networkPolicy = null;
        ConnectivityService connectivity = null;
        NetworkScoreService networkScore = null;
        NsdService serviceDiscovery= null;
        WindowManagerService wm = null;
        BluetoothManagerService bluetooth = null;
        UsbService usb = null;
        SerialService serial = null;
        NetworkTimeUpdateService networkTimeUpdater = null;
        CommonTimeManagementService commonTimeMgmtService = null;
        InputManagerService inputManager = null;
        TelephonyRegistry telephonyRegistry = null;
        ConsumerIrService consumerIr = null;
        AudioService audioService = null;
        MmsServiceBroker mmsService = null;
        ......

       mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                ......

                WebViewFactory.prepareWebViewInSystemServer();

                ......
            }
        });
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java中。

       这个Runnable在执行的时候，会调用WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInSystemServer请求Zygote进程启动一个临时的进程，用来加载Chromium动态库，并且将完成重定位操作后的GNU_RELRO Section的内容Dump到一个文件中去。

       WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInSystemServer的实现如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    public static void prepareWebViewInSystemServer() {
        String[] nativePaths = null;
        try {
            nativePaths = getWebViewNativeLibraryPaths();
        } catch (Throwable t) {
            // Log and discard errors at this stage as we must not crash the system server.
            Log.e(LOGTAG, "error preparing webview native library", t);
        }
        prepareWebViewInSystemServer(nativePaths);
    }

    ......
}

       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInSystemServer首先调用另外一个静态成员函数getWebViewNativeLibraryPaths获得Chromium动态库的文件路径，如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    private static String[] getWebViewNativeLibraryPaths()
            throws PackageManager.NameNotFoundException {
        final String NATIVE_LIB_FILE_NAME = "libwebviewchromium.so";

        PackageManager pm = AppGlobals.getInitialApplication().getPackageManager();
        ApplicationInfo ai = pm.getApplicationInfo(getWebViewPackageName(), 0);

        String path32;
        String path64;
        boolean primaryArchIs64bit = VMRuntime.is64BitAbi(ai.primaryCpuAbi);
        if (!TextUtils.isEmpty(ai.secondaryCpuAbi)) {
            // Multi-arch case.
            if (primaryArchIs64bit) {
                // Primary arch: 64-bit, secondary: 32-bit.
                path64 = ai.nativeLibraryDir;
                path32 = ai.secondaryNativeLibraryDir;
            } else {
                // Primary arch: 32-bit, secondary: 64-bit.
                path64 = ai.secondaryNativeLibraryDir;
                path32 = ai.nativeLibraryDir;
            }
        } else if (primaryArchIs64bit) {
            // Single-arch 64-bit.
            path64 = ai.nativeLibraryDir;
            path32 = "";
        } else {
            // Single-arch 32-bit.
            path32 = ai.nativeLibraryDir;
            path64 = "";
        }
        if (!TextUtils.isEmpty(path32)) path32 += "/" + NATIVE_LIB_FILE_NAME;
        if (!TextUtils.isEmpty(path64)) path64 += "/" + NATIVE_LIB_FILE_NAME;
        return new String[] { path32, path64 };
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       Android系统将Chromium动态库打包在一个WebView Package中。这个WebView Package也是一个APK，它的Package Name可以通过调用WebViewFactory类的静态成员函数getWebViewPackageName获得，如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    public static String getWebViewPackageName() {
        return AppGlobals.getInitialApplication().getString(
                com.android.internal.R.string.config_webViewPackageName);
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数getWebViewPackageName又是通过系统字符串资源com.android.internal.R.string.config_webViewPackageName获得WebView Package的Package Name。

       系统字符串资源com.android.internal.R.string.config_webViewPackageName的定义如下所示：

<resources xmlns:xliff="urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2">
  ......

  <!-- Package name providing WebView implementation. -->
    <string name="config_webViewPackageName" translatable="false">com.android.webview</string>

  ......
</resources>
       这个字符串资源定义在文件frameworks/base/core/res/res/values/config.xml中。

       从这里就可以看到，WebView Package这个APK的Package Name定义为"com.android.webview"。通过查找源码，可以发现，这个APK实现在目录frameworks/webview/chromium中。

       回到WebViewFactory类的静态成员函数getWebViewNativeLibraryPaths中，它知道了WebView Package这个APK的Package Name之后，就可以通过Package Manager Service获得它的安装信息。Package Manager Service负责安装系统上所有的APK，因此通过它可以获得任意一个APK的安装信息。关于Package Manager Service，可以参考Android应用程序安装过程源代码分析这篇文章。

       获得了WebView Package这个APK的安装信息之后，就可以知道它用来保存动态库的目录。Chromium动态库就是保存在这个目录下的。因此，WebViewFactory类的静态成员函数getWebViewNativeLibraryPaths最终可以获得Chromium动态库的文件路径。注意，获得Chromium动态库的文件路径可能有两个。一个是32位版本的，另外一个是64位版本的。

       为什么要将Chromium动态库打包在一个WebView Package中呢？而不是像其它的系统动态库一样，直接放在/system/lib目录下。原因为了方便以后升级WebView。例如，Chromium有了新的版本之后，就可以将它打包在一个更高版本的WebView Package中。当用户升级WebView Package的时候，就获得了基于新版本Chromium实现的WebView了。

       这一步执行完成后，回到WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInSystemServer中，这时候它就获得了Chromium动态库的文件路径。接下来，它继续调用另外一个静态成员函数prepareWebViewInSystemServer请求Zygote进程启动一个临时的进程，用来加载Chromium动态库，以便将完成重定位操作后的GNU_RELRO Section的内容Dump到一个文件中去。

       WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInSystemServer的实现如下所示：

public final class WebViewFactory {

    ......

    private static void prepareWebViewInSystemServer(String[] nativeLibraryPaths) {
        if (DEBUG) Log.v(LOGTAG, "creating relro files");

        // We must always trigger createRelRo regardless of the value of nativeLibraryPaths. Any
        // unexpected values will be handled there to ensure that we trigger notifying any process
        // waiting on relreo creation.
        if (Build.SUPPORTED_32_BIT_ABIS.length > 0) {
            if (DEBUG) Log.v(LOGTAG, "Create 32 bit relro");
            createRelroFile(false /* is64Bit */, nativeLibraryPaths);
        }

        if (Build.SUPPORTED_64_BIT_ABIS.length > 0) {
            if (DEBUG) Log.v(LOGTAG, "Create 64 bit relro");
            createRelroFile(true /* is64Bit */, nativeLibraryPaths);
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数prepareWebViewInSystemServer根据系统对32位和64位的支持情况，调用另外一个静态成员函数createRelroFile相应地创建32位和64位的Chromium GNU_RELRO Section文件。

       WebViewFactory类的静态成员函数createRelroFile的实现如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    private static void createRelroFile(final boolean is64Bit, String[] nativeLibraryPaths) {
        ......

        try {
            ......

            int pid = LocalServices.getService(ActivityManagerInternal.class).startIsolatedProcess(
                    RelroFileCreator.class.getName(), nativeLibraryPaths, "WebViewLoader-" + abi, abi,
                    Process.SHARED_RELRO_UID, crashHandler);
            ......
        } catch (Throwable t) {
            ......
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数createRelroFile请求系统的Activity Manager Service启动一个Isolated Process。这个Isolated Process的启动过程与App进程是一样的，只不过它是一个被隔离的进程，没有自己的权限。

       从前面Android应用程序进程启动过程的源代码分析一文可以知道，App进程最终是由Zygote进程fork出来的，并且它在Java层的入口函数为ActivityThread类的静态成员函数main。这个入口函数是可以指定的。WebViewFactory类的静态成员函数createRelroFile将请求启动的Isolated Process的入口函数指定为RelroFileCreator类的静态成员函数main。

       这意味着，当上述Isolated Process启动起来之后，RelroFileCreator类的静态成员函数main就会被调用，如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    private static final String CHROMIUM_WEBVIEW_NATIVE_RELRO_32 =
            "/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium32.relro";
    private static final String CHROMIUM_WEBVIEW_NATIVE_RELRO_64 =
            "/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium64.relro";
    ......

    private static class RelroFileCreator {
        // Called in an unprivileged child process to create the relro file.
        public static void main(String[] args) {
            ......
            try{
                ......
                result = nativeCreateRelroFile(args[0] /* path32 */,
                                               args[1] /* path64 */,
                                               CHROMIUM_WEBVIEW_NATIVE_RELRO_32,
                                               CHROMIUM_WEBVIEW_NATIVE_RELRO_64);
                ......
            } finally {
                ......
            }
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       前面获得的Chromium动态库文件路径会通过参数args传递进来。有了Chromium动态库文件路径之后，RelroFileCreator类的静态成员函数main就会调用另外一个静态成员函数nativeCreateRelroFile对它进行加载。加载完成后，RelroFileCreator类的静态成员函数nativeCreateRelroFile会将Chromium动态库已经完成重定位操作的Chromium GNU_RELRO Section写入到指定的文件中去。对于32位的Chromium动态库来说，它的GNU_RELRO Section会被写入到文件/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium32.relro中，而对于64位的Chromium动态库来说，它的GNU_RELRO Section会被写入到文件/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium64.relro中。

       RelroFileCreator类的静态成员函数nativeCreateRelroFile是一个JNI方法，它由C++层的函数CreateRelroFile实现，如下所示：

jboolean CreateRelroFile(JNIEnv* env, jclass, jstring lib32, jstring lib64,
                         jstring relro32, jstring relro64) {
#ifdef __LP64__
  jstring lib = lib64;
  jstring relro = relro64;
  (void)lib32; (void)relro32;
#else
  jstring lib = lib32;
  jstring relro = relro32;
  (void)lib64; (void)relro64;
#endif
  jboolean ret = JNI_FALSE;
  const char* lib_utf8 = env->GetStringUTFChars(lib, NULL);
  if (lib_utf8 != NULL) {
    const char* relro_utf8 = env->GetStringUTFChars(relro, NULL);
    if (relro_utf8 != NULL) {
      ret = DoCreateRelroFile(lib_utf8, relro_utf8);
      env->ReleaseStringUTFChars(relro, relro_utf8);
    }
    env->ReleaseStringUTFChars(lib, lib_utf8);
  }
  return ret;
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/loader/loader.cpp中。

       函数CreateRelroFile判断自己是32位还是64位的实现，然后从参数lib32和lib64中选择对应的Chromium动态库进行加载。这个加载过程是通过调用另外一个函数DoCreateRelroFile实现的，如下所示：

void* gReservedAddress = NULL;
size_t gReservedSize = 0;

......

jboolean DoCreateRelroFile(const char* lib, const char* relro) {
  ......

  static const char tmpsuffix[] = ".XXXXXX";
  char relro_tmp[strlen(relro) + sizeof(tmpsuffix)];
  strlcpy(relro_tmp, relro, sizeof(relro_tmp));
  strlcat(relro_tmp, tmpsuffix, sizeof(relro_tmp));
  int tmp_fd = TEMP_FAILURE_RETRY(mkstemp(relro_tmp));
  ......

  android_dlextinfo extinfo;
  extinfo.flags = ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS | ANDROID_DLEXT_WRITE_RELRO;
  extinfo.reserved_addr = gReservedAddress;
  extinfo.reserved_size = gReservedSize;
  extinfo.relro_fd = tmp_fd;
  void* handle = android_dlopen_ext(lib, RTLD_NOW, &extinfo);
  int close_result = close(tmp_fd);
  ......

  if (close_result != 0 ||
      chmod(relro_tmp, S_IRUSR | S_IRGRP | S_IROTH) != 0 ||
      rename(relro_tmp, relro) != 0) {
    ......
    return JNI_FALSE;
  }

  return JNI_TRUE;
}

       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/loader/loader.cpp中。

       参数lib描述的是要加载的Chromium动态库的文件路径，另外一个参数relro描述的是要生成的Chromium GNU_RELRO Section文件路径。

       我们假设要加载的Chromium动态库是32位的。函数DoCreateRelroFile的执行过程如下所示：

       1.  创建一个临时的mium GNU_RELRO Section文件，文件路径为”/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium32.relro.XXXXXX“，并且会找开这个临时文件，获得一个文件描述符tmp_fd。

       2. 创建一个android_dlextinfo结构体。这个android_dlextinfo结构体会指定一个ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS标志，以及一个Reserved地址gReservedAddress，表示要将Chromium动态库加载在全局变量gReservedAddress描述的地址中。从前面的分析可以知道，Zygote进程为Chromium动态库预留的地址空间的起始地址就保存在全局变量gReservedAddress中。由于当前进程是由Zygote进程fork出来的，因此它同样会获得Zygote进程预留的地址空间。

       3. 前面创建的android_dlextinfo结构体，同时还会指定一个ANDROID_DLEXT_WRITE_RELRO标专，以及一个Relro文件描述符tmp_fd，表示在加载完成Chromium动态库后，将完成重定位操作后的GNU_RELRO Section写入到指定的文件中去，也就是写入到上述的临时文件/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium32.relro.XXXXXX中去。

       4. 调用Linker导出的函数android_dlopen_ext按照上述两点规则加载Chromium动态库。加载完成后，临时文件/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium32.relro.XXXXXX将被重新命名为”/data/misc/shared_relro/libwebviewchromium32.relro“。

       这样，我们得就到一个Chromium GNU_RELRO Section文件。这个Chromium GNU_RELRO Section文件在App进程加载Chromium动态库时就会使用到。接下来我们就继续分析App进程加载Chromium动态库的过程。

       当App使用了WebView的时候，系统就为会其加载Chromium动态库。这个加载过程是从创建WebView对象的时候发起的。因此，接下来我们就从WebView类的构造函数开始分析App进程加载Chromium动态库的过程，如下所示：

public class WebView extends AbsoluteLayout
        implements ViewTreeObserver.OnGlobalFocusChangeListener,
        ViewGroup.OnHierarchyChangeListener, ViewDebug.HierarchyHandler {
    ......

    protected WebView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr, int defStyleRes,
            Map<String, Object> javaScriptInterfaces, boolean privateBrowsing) {
        ......

        ensureProviderCreated();
        mProvider.init(javaScriptInterfaces, privateBrowsing);

        ......
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebView.java中。

       WebView类的构造函数会调用另外一个成员函数ensureProviderCreated确保Chromium动态库已经加载。在Chromium动态库已经加载的情况下，WebView类的成员函数ensureProviderCreated还会创建一个WebView Provider，并且保存保存在成员变量mProvider中。这个WebView Provider才是真正用来实现WebView的功能的。

      有了这个WebView Provider之后，WebView类的构造函数就会调用它的成员函数init启动网页渲染引擎。对于基于Chromium实现的WebView来说，它使用的WebView Provider是一个WebViewChromium对象。当这个WebViewChromium对象的成员函数init被调用的时候，它就会启动Chromium的网页渲染引擎。这个过程我们在接下来的一篇文章再详细分析。

       接下来，我们继续分析WebView类的成员函数ensureProviderCreated的实现，如下所示：

public class WebView extends AbsoluteLayout
        implements ViewTreeObserver.OnGlobalFocusChangeListener,
        ViewGroup.OnHierarchyChangeListener, ViewDebug.HierarchyHandler {
    ......

    private void ensureProviderCreated() {
        checkThread();
        if (mProvider == null) {
            // As this can get called during the base class constructor chain, pass the minimum
            // number of dependencies here; the rest are deferred to init().
            mProvider = getFactory().createWebView(this, new PrivateAccess());
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebView.java中。

       WebView类的成员函数ensureProviderCreated首先调用成员函数checkThread确保它是在WebView的创建线程中调用的，接下来又会判断成员变量mProvider的值是否为null。如果为null，就表示它还没有当前创建的WebView创建过Provider。在这种情况下，它首先会调用成员函数getFactory获得一个WebView Factory。有了这个WebView Factory之后，就可以调用它的成员函数createWebView创建一个WebView Provider。

       WebView类的成员函数getFactory的实现如下所示：

public class WebView extends AbsoluteLayout
        implements ViewTreeObserver.OnGlobalFocusChangeListener,
        ViewGroup.OnHierarchyChangeListener, ViewDebug.HierarchyHandler {
    ......

    private static synchronized WebViewFactoryProvider getFactory() {
        return WebViewFactory.getProvider();
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebView.java中。

       WebView类的成员函数getFactory返回的WebView Factory是通过调用WebViewFactory类的静态成员函数getProvider获得的，如下所示：

public final class WebViewFactory {
    ......

    private static WebViewFactoryProvider sProviderInstance;
    ......

    static WebViewFactoryProvider getProvider() {
        synchronized (sProviderLock) {
            // For now the main purpose of this function (and the factory abstraction) is to keep
            // us honest and minimize usage of WebView internals when binding the proxy.
            if (sProviderInstance != null) return sProviderInstance;

            ......
            try {
                ......
                loadNativeLibrary();
                ......

                Class<WebViewFactoryProvider> providerClass;
                ......
                try {
                    providerClass = getFactoryClass();
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    ......
                } finally {
                    ......
                }

                ......
                try {
                    sProviderInstance = providerClass.newInstance();
                    ......
                    return sProviderInstance;
                } catch (Exception e) {
                    .......
                } finally {
                    ......
                }
            } finally {
                ......
            }
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数getProvider首先是判断静态成员变量sProviderInstance的值是否等于null。如果等于null，那么就说明当前的App进程还没有加载过Chromium动态库。在这种情况下，就需要加载Chromium动态库，并且创建一个WebView Factory，保存在静态成员变量sProviderInstance。接下来我们就先分析Chromium动态库的加载过程，然后再分析WebView Factory的创建过程。

       加载Chromium动态库是通过调用WebViewFactory类的静态成员函数loadNativeLibrary实现的，如下所示： 

public final class WebViewFactory {
    ......

    private static void loadNativeLibrary() {
        ......

        try {
            String[] args = getWebViewNativeLibraryPaths();
            boolean result = nativeLoadWithRelroFile(args[0] /* path32 */,
                                                     args[1] /* path64 */,
                                                     CHROMIUM_WEBVIEW_NATIVE_RELRO_32,
                                                     CHROMIUM_WEBVIEW_NATIVE_RELRO_64);
            ......
        } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
            ......
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       WebViewFactory类的静态成员函数loadNativeLibrary首先会调用我们前面分析过的成员函数getWebViewNativeLibraryPaths获得要加载的Chromium动态库的文件路径，然后再调用另外一个静态成员函数nativeLoadWithRelroFile对它进行加载。在加载的时候，会指定一个Chromium GNU_RELRO Section文件。这个Chromium GNU_RELRO Section文件就是前面通过启动一个临时进程生成的。

       WebViewFactory类的静态成员函数nativeLoadWithRelroFile是一个JNI方法，它由C++层的函数LoadWithRelroFile实现，如下所示：

jboolean LoadWithRelroFile(JNIEnv* env, jclass, jstring lib32, jstring lib64,
                           jstring relro32, jstring relro64) {
#ifdef __LP64__
  jstring lib = lib64;
  jstring relro = relro64;
  (void)lib32; (void)relro32;
#else
  jstring lib = lib32;
  jstring relro = relro32;
  (void)lib64; (void)relro64;
#endif
  jboolean ret = JNI_FALSE;
  const char* lib_utf8 = env->GetStringUTFChars(lib, NULL);
  if (lib_utf8 != NULL) {
    const char* relro_utf8 = env->GetStringUTFChars(relro, NULL);
    if (relro_utf8 != NULL) {
      ret = DoLoadWithRelroFile(lib_utf8, relro_utf8);
      env->ReleaseStringUTFChars(relro, relro_utf8);
    }
    env->ReleaseStringUTFChars(lib, lib_utf8);
  }
  return ret;
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/loader/loader.cpp中。

       函数LoadWithRelroFile判断自己是32位还是64位的实现，然后从参数lib32和lib64中选择对应的Chromium动态库进行加载。这个加载过程是通过调用另外一个函数DoLoadWithRelroFile实现的，如下所示：

jboolean DoLoadWithRelroFile(const char* lib, const char* relro) {
  int relro_fd = TEMP_FAILURE_RETRY(open(relro, O_RDONLY));
  ......

  android_dlextinfo extinfo;
  extinfo.flags = ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS | ANDROID_DLEXT_USE_RELRO;
  extinfo.reserved_addr = gReservedAddress;
  extinfo.reserved_size = gReservedSize;
  extinfo.relro_fd = relro_fd;
  void* handle = android_dlopen_ext(lib, RTLD_NOW, &extinfo);
  close(relro_fd);
  ......

  return JNI_TRUE;
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/loader/loader.cpp中。

       函数DoLoadWithRelroFile的实现与前面分析的函数DoCreateRelroFile类似，都是通过Linker导出的函数android_dlopen_ext在Zyogote进程保留的地址空间中加载Chromium动态库的。注意，App进程是Zygote进程fork出来的，因此它同样会获得Zygote进程预留的地址空间。

       不过，函数DoLoadWithRelroFile会将告诉函数android_dlopen_ext在加载Chromium动态库的时候，将参数relro描述的Chromium GNU_RELRO Section文件内存映射到内存来，并且代替掉已经加载的Chromium动态库的GNU_RELRO Section。这是通过将指定一个ANDROID_DLEXT_USE_RELRO标志实现的。

       之所以可以这样做，是因为参数relro描述的Chromium GNU_RELRO Section文件对应的Chromium动态库的加载地址与当前App进程加载的Chromium动态库的地址一致。只要两个相同的动态库在两个不同的进程中的加载地址一致，它们的链接和重定位信息就是完全一致的，因此就可以通过文件内存映射的方式进行共享。共享之后，就可以达到节省内存的目的了。

        这一步执行完成之后，App进程就加载完成Chromium动态库了。回到前面分析的WebViewFactory类的静态成员函数getProvider，它接下来继续创建一个WebView Factory。这个WebView Factory以后就可以用来创建WebView Provider。

        WebViewFactory类的静态成员函数getProvider首先要确定要创建的WebView Factory的类型。这个类型是通过调用另外一个静态成员函数getFactoryClass获得的，如下所示：

public final class WebViewFactory {

    private static final String CHROMIUM_WEBVIEW_FACTORY =
            "com.android.webview.chromium.WebViewChromiumFactoryProvider";

    ......

    private static Class<WebViewFactoryProvider> getFactoryClass() throws ClassNotFoundException {
        Application initialApplication = AppGlobals.getInitialApplication();
        try {
            // First fetch the package info so we can log the webview package version.
            String packageName = getWebViewPackageName();
            sPackageInfo = initialApplication.getPackageManager().getPackageInfo(packageName, 0);
            ......

            // Construct a package context to load the Java code into the current app.
            Context webViewContext = initialApplication.createPackageContext(packageName,
                    Context.CONTEXT_INCLUDE_CODE | Context.CONTEXT_IGNORE_SECURITY);
            ......

            ClassLoader clazzLoader = webViewContext.getClassLoader();
            ......
            try {
                return (Class<WebViewFactoryProvider>) Class.forName(CHROMIUM_WEBVIEW_FACTORY, true,
                                                                     clazzLoader);
            } finally {
                ......
            }
        } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
            ......
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/base/core/java/android/webkit/WebViewFactory.java中。

       从这里可以看到，WebViewFactory类的静态成员函数getFactoryClass返回的WebView Factory的类型为com.android.webview.chromium.WebViewChromiumFactoryProvider。这个com.android.webview.chromium.WebViewChromiumFactoryProvider类是由前面提到的WebView Package提供的。

       这意味着WebViewFactory类的静态成员函数getProvider创建的WebView Factory是一个WebViewChromiumFactoryProvider对象。这个WebViewChromiumFactoryProvider的创建过程如下所示：

public class WebViewChromiumFactoryProvider implements WebViewFactoryProvider {
    ......

    public WebViewChromiumFactoryProvider() {
        ......

        AwBrowserProcess.loadLibrary();

        .......
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/java/com/android/webview/chromium/WebViewChromiumFactoryProvider.java中。

       WebViewChromiumFactoryProvider类的构造函数会调用AwBrowserProcess类的静态成员函数loadLibrary对前面加载的Chromium动态库进行初始化，如下所示：

public abstract class AwBrowserProcess {
    ......

    public static void loadLibrary() {
        ......
        try {
            LibraryLoader.loadNow();
        } catch (ProcessInitException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot load WebView", e);
        }
    }

    ......
}
        这个函数定义在文件external/chromium_org/android_webview/java/src/org/chromium/android_webview/AwBrowserProcess.java中。

        AwBrowserProcess类的静态成员函数loadLibrary又调用LibraryLoader类的静态成员函数loadNow对前面加载的Chromium动态库进行初始化，如下所示：

public class LibraryLoader {
    ......

    public static void loadNow() throws ProcessInitException {
        loadNow(null, false);
    }

    ......
}
        这个函数定义在文件external/chromium_org/base/android/java/src/org/chromium/base/library_loader/LibraryLoader.java中。

        LibraryLoader类的静态成员函数loadNow又调用另外一个重载版本的静态成员函数loadNow对前面加载的Chromium动态库进行初始化，如下所示：

public class LibraryLoader {
    ......

    public static void loadNow(Context context, boolean shouldDeleteOldWorkaroundLibraries)
            throws ProcessInitException {
        synchronized (sLock) {
            loadAlreadyLocked(context, shouldDeleteOldWorkaroundLibraries);
        }
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件external/chromium_org/base/android/java/src/org/chromium/base/library_loader/LibraryLoader.java中。

       LibraryLoader类重载版本的静态成员函数loadNow又调用另外一个静态成员函数loadAlreadyLocked对前面加载的Chromium动态库进行初始化，如下所示：

public class LibraryLoader {
    ......

    // One-way switch becomes true when the libraries are loaded.
    private static boolean sLoaded = false;
    ......

    private static void loadAlreadyLocked(
            Context context, boolean shouldDeleteOldWorkaroundLibraries)
            throws ProcessInitException {
        try {
            if (!sLoaded) {
                ......

                boolean useChromiumLinker = Linker.isUsed();

                if (useChromiumLinker) Linker.prepareLibraryLoad();

                for (String library : NativeLibraries.LIBRARIES) {
                    Log.i(TAG, "Loading: " + library);
                    if (useChromiumLinker) {
                        Linker.loadLibrary(library);
                    } else {
                        try {
                            System.loadLibrary(library);
                        } catch (UnsatisfiedLinkError e) {
                            ......
                        }
                    }
                }
                if (useChromiumLinker) Linker.finishLibraryLoad();

                ......
                sLoaded = true;
            }
        } catch (UnsatisfiedLinkError e) {
            ......
        }
        ......
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件external/chromium_org/base/android/java/src/org/chromium/base/library_loader/LibraryLoader.java中。

       由于并不是所有的系统都支持在加载动态库时，以文件内存映射的方式代替它的GNU_RELRO Section，因此Chromium自己提供了一个Linker。通过这个Linker加载动态库时，能够以文件内存映射的方式代替要加载的动态库的GNU_RELRO Section，也就是实现前面提到的函数android_dlopen_ext的功能。     

       在Android 5.0中，由于系统已经提供了函数android_dlopen_ext，因此，Chromium就不会使用自己的Linker加载动态库，而是使用Android系统提供的Linker来加载动态库。通过调用System类的静态成员函数loadLibrary即可以使用系统提供的Linker来加载动态库。

       LibraryLoader类的静态成员函数loadAlreadyLocked要加载的动态库由NativeLibraries类的静态成员变量LIBRARIES指定，如下所示：

public class NativeLibraries {
    ......

    static final String[] LIBRARIES = { "webviewchromium" };
    
    ......
}
      这个静态成员变量定义在文件external/chromium_org/android_webview/java/generated_src/org/chromium/base/library_loader/NativeLibraries.java中。

      从这里可以知道，LibraryLoader类的静态成员函数loadAlreadyLocked要加载的动态库就是Chromium动态库。这个Chromium动态库前面已经加载过了，因此这里通过调用System类的静态成员函数loadLibrary再加载时，仅仅是只会触发它导出的函数JNI_OnLoad被调用，而不会重新被加载。

      Chromium动态库导出的JNI_OnLoad被调用的时候，Chromium动态库就会执行初始化工作，如下所示：

JNI_EXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
  ......

  content::SetContentMainDelegate(new android_webview::AwMainDelegate());
  ......

  return JNI_VERSION_1_4;
}
       这个函数定义在文件external/chromium_org/android_webview/lib/main/webview_entry_point.cc中。

       其中的一个初始化操作是给Chromium的Content层设置一个类型为AwMainDelegate的Main Delegate。这个AwMainDelegate实现在Chromium的android_webview模块中。Android WebView是通过Chromium的android_webview模块加载和渲染网页的。Chromium加载和渲染网页的功能又是实现在Content层的，因此，Chromium的android_webview模块又要通过Content层实现加载和渲染网页功能。这样，Chromium的android_webview模块就可以设置一个Main Delegate给Content层，以便它们可以互相通信。

       给Chromium的Content层设置一个Main Delegate是通过调用函数SetContentMainDelegate实现的，它的实现如下所示：

LazyInstance<scoped_ptr<ContentMainDelegate> > g_content_main_delegate =
    LAZY_INSTANCE_INITIALIZER;

......

void SetContentMainDelegate(ContentMainDelegate* delegate) {
  DCHECK(!g_content_main_delegate.Get().get());
  g_content_main_delegate.Get().reset(delegate);
}
       这个函数定义在文件external/chromium_org/content/app/android/content_main.cc中。

       从前面的分析可以知道，参数delegate指向的是一个AwMainDelegate对象，这个AwMainDelegate对象会被函数SetContentMainDelegate保存在全局变量g_content_main_delegate中。在接下来一篇文章中分析Chromium渲染引擎的启动过程时，我们就会看到这个AwMainDelegate对象的作用。

       这一步执行完成后，Chromium动态库就在App进程中加载完毕，并且也已经完成了初始化工作。与此同时，系统也为App进程创建了一个类型为WebViewChromiumFactoryProvider的WebView Factory。回到前面分析的WebView类的成员函数ensureProviderCreated中，这时候就它会通过调用上述类型为WebViewChromiumFactoryProvider的WebView Factory的成员函数createWebView为当前创建的WebView创建一个WebView Provider，如下所示：

public class WebViewChromiumFactoryProvider implements WebViewFactoryProvider {
    ......

    @Override
    public WebViewProvider createWebView(WebView webView, WebView.PrivateAccess privateAccess) {
        WebViewChromium wvc = new WebViewChromium(this, webView, privateAccess);

        ......

        return wvc;
    }

    ......
}
       这个函数定义在文件frameworks/webview/chromium/java/com/android/webview/chromium/WebViewChromiumFactoryProvider.java中。

       WebViewChromiumFactoryProvider类的成员函数createWebView创建的是一个类型为WebViewChromium的WebView Provider。这个WebView Provider将会返回给WebView类的成员函数ensureProviderCreated。WebView类的成员函数ensureProviderCreated再将该WebView Provider保存在成员变量mProvider中。

       这样，正在创建的WebView就获得了一个类型为WebViewChromium的WebView Provider。以后通过这个WebView Provider，就可以通过Chromium来加载和渲染网页了。

       至此，我们也分析完成了Android WebView加载Chromium动态库的过程。在接下来的一篇文章中，我们继续分析Android WebView启动Chromium渲染引擎的过程。Chromium渲染引擎启动起来之后，Android WebView就可以通过它来加载和渲染网页了。敬请关注！更多的信息也可以关注老罗的新浪微博：http://weibo.com/shengyangluo。

作者：Luoshengyang 发表于2016/11/28 1:00:19 原文链接
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