VirtualApp 框架解析---启动篇

前言

插件化一直是百舸争流,Small、Replugin、Atlas等方案也是层出不穷,在android开发呈现百花齐放的感觉。
最近看到了一种新的插件化方案,确切的说更像一种沙盒,名为VirtualApp框架,觉得整个构思和以往的都有所不同。因此在细细品读完源码后,产生写下自己的体会和想法。

源于启动

我们从主进程(io.virtualapp)的application开始解析
ps:代码块只会截取关键代码,其他用...替代

@Override
    protected void attachBaseContext(Context base) {
        super.attachBaseContext(base);
        ...
        try {
            VirtualCore.get().startup(base);
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

可以看到主要是attachBaseContext中调用了VirtualCore的startup方法

 @Override
    public void onCreate() {
        ...
        virtualCore.initialize(new VirtualCore.VirtualInitializer() {

            @Override
            public void onMainProcess() {
                Once.initialise(VApp.this);
                new FlurryAgent.Builder()
                        .withLogEnabled(true)
                        .withListener(() -> {
                            // nothing
                        })
                        .build(VApp.this, "48RJJP7ZCZZBB6KMMWW5");
            }

            @Override
            public void onVirtualProcess() {
                //listener components
                virtualCore.setComponentDelegate(new MyComponentDelegate());
                //fake phone imei,macAddress,BluetoothAddress
                virtualCore.setPhoneInfoDelegate(new MyPhoneInfoDelegate());
                //fake task description's icon and title
                virtualCore.setTaskDescriptionDelegate(new MyTaskDescriptionDelegate());
            }

            @Override
            public void onServerProcess() {
                virtualCore.setAppRequestListener(new MyAppRequestListener(VApp.this));
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.tencent.mobileqq");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.tencent.mobileqqi");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.tencent.minihd.qq");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.tencent.qqlite");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.facebook.katana");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.whatsapp");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.tencent.mm");
                virtualCore.addVisibleOutsidePackage("com.immomo.momo");
            }
        });
    }

以及在onCreate中调用了virtualCore的initialize方法注册了一个VirtualInitializer的callback,用来处理不同进程的初始化逻辑。

VirtualCore.startup

这里核心是VirtualCore.startup的方法,我们进入到startup方法来看下做了哪些事情

public void startup(Context context) throws Throwable {
        if (!isStartUp) {
            ..
            VASettings.STUB_CP_AUTHORITY = context.getPackageName() + "." + VASettings.STUB_DEF_AUTHORITY;
            ServiceManagerNative.SERVICE_CP_AUTH = context.getPackageName() + "." + ServiceManagerNative.SERVICE_DEF_AUTH;
            this.context = context;
            mainThread = ActivityThread.currentActivityThread.call();
            unHookPackageManager = context.getPackageManager();
            hostPkgInfo = unHookPackageManager.getPackageInfo(context.getPackageName(), PackageManager.GET_PROVIDERS);
            IPCBus.initialize(new IServerCache() {
                @Override
                public void join(String serverName, IBinder binder) {
                    ServiceCache.addService(serverName, binder);
                }

                @Override
                public IBinder query(String serverName) {
                    return ServiceManagerNative.getService(serverName);
                }
            });
            detectProcessType();
            InvocationStubManager invocationStubManager = InvocationStubManager.getInstance();
            invocationStubManager.init();
            invocationStubManager.injectAll();
            ...
        }
    }

其中VASettings.STUB_CP_AUTHORITY和ServiceManagerNative.SERVICE_CP_AUTH分别对应的是用来启动虚拟VAppProcess和ServerProcess进程的ContentProvider,mainThread是通过反射获取的ActivityThread的实例,然后是IPCBus进行初始化以及判断现在进程的类型(detectProcessType),最后是通过InvocationStubManager来完成对这个进程的系统服务的BinderProxy的hook。
这里最主要的是IPCBus和InvocationStubManager,我们先来说下IPCBus,这是虚拟app进程和ServerProcess进程通信的核心。

IPCBus

public class IPCBus {

    private static IServerCache sCache;

    public static void initialize(IServerCache cache) {
        sCache = cache;
    }
    ...
    public static void register(Class<?> interfaceClass, Object server) {
        checkInitialized();
        ServerInterface serverInterface = new ServerInterface(interfaceClass);
        TransformBinder binder = new TransformBinder(serverInterface, server);
        sCache.join(serverInterface.getInterfaceName(), binder);
    }

    public static <T> T get(Class<?> interfaceClass) {
        checkInitialized();
        ServerInterface serverInterface = new ServerInterface(interfaceClass);
        IBinder binder = sCache.query(serverInterface.getInterfaceName());
        if (binder == null) {
            return null;
        }
        //noinspection unchecked
        return (T) Proxy.newProxyInstance(interfaceClass.getClassLoader(), new Class[]{interfaceClass}, new IPCInvocationBridge(serverInterface, binder));
    }
}

IPCBus主要有两个方法register和get,register方法根据传入的class对象构造ServerInterface对象。

ServerInterface

public ServerInterface(Class<?> interfaceClass) {
        this.interfaceClass = interfaceClass;
        Method[] methods = interfaceClass.getMethods();
        codeToInterfaceMethod = new SparseArray<>(methods.length);
        methodToIPCMethodMap = new HashMap<>(methods.length);
        for (int i = 0; i < methods.length; i++) {
            int code = Binder.FIRST_CALL_TRANSACTION + i;
            IPCMethod ipcMethod = new IPCMethod(code, methods[i], interfaceClass.getName());
            codeToInterfaceMethod.put(code, ipcMethod);
            methodToIPCMethodMap.put(methods[i], ipcMethod);
        }
    }

ServerInterface构造函数里面通过反射获取methods然后再根据Binder.FIRST_CALL_TRANSACTION的自增去构造IPCMethod实例(这个类后面会讲到通过反射进行方法调用并将结果通过Parcel进行回传),
接着通过键值code,method将IPCMethod存储在两个Map中。

TransformBinder

ServerInterface实例构造完成后,再和传入的server实例对象构造TransformBinder。

public class TransformBinder extends Binder {

    private ServerInterface serverInterface;
    private Object server;

    public TransformBinder(ServerInterface serverInterface, Object server) {
        this.serverInterface = serverInterface;
        this.server = server;
    }

    @Override
    protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
        if (code == INTERFACE_TRANSACTION) {
            reply.writeString(serverInterface.getInterfaceName());
            return true;
        }
        IPCMethod method = serverInterface.getIPCMethod(code);
        if (method != null) {
            try {
                method.handleTransact(server, data, reply);
            } catch (Throwable e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return true;
        }
        return super.onTransact(code, data, reply, flags);
    }
}

从代码可以看到TransformBinder主要的方法是重载了Binder的onTransact方法,我们知道这个方法通常是在IPC通信中接收消息然后进行回传处理的地方。在这里我们又看到了IPCMethod,是通过code从ServerInterface中获取,跟前面的serverInterface构造就对应起来了,然后调用handleTransact方法。

public void handleTransact(Object server, Parcel data, Parcel reply) {
        data.enforceInterface(interfaceName);
        Object[] parameters = data.readArray(getClass().getClassLoader());
        if (parameters != null && parameters.length > 0) {
            for (int i = 0; i < parameters.length; i++) {
                if (converters[i] != null) {
                    parameters[i] = converters[i].convert(parameters[i]);
                }
            }
        }
        try {
            Object res = method.invoke(server, parameters);
            reply.writeNoException();
            reply.writeValue(res);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
            reply.writeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
            reply.writeException(e);
        }
    }

我们跟踪这个方法进去看到,果然就是反射调用在IPCMethod的method,并且将结果通过reply写会请求进程完成IPC通信。
这样我们再回到IPCBus中的register方法中,在构造完这个TransformBinder后调用ServiceCache.addService方法进行存储。
我们再回到IPCBus中的get(Class<?> interfaceClass)方法,那其实就是调用ServiceManagerNative.getService()的方法获取IBinder对象,并且返回interfaceClass的proxy类。
我们再跟踪进去看下IPCInvocationBridge这个类干了什么

public class IPCInvocationBridge implements InvocationHandler {
    ...
    @Override
    public Object invoke(Object o, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        IPCMethod ipcMethod = serverInterface.getIPCMethod(method);
        if (ipcMethod == null) {
            throw new IllegalStateException("Can not found the ipc method : " + method.getDeclaringClass().getName() + "@" +  method.getName());
        }
        return ipcMethod.callRemote(binder, args);
    }
}

在重载InvocationHandler的invoke方法中我们又看到了熟悉的serverInterface和IPCMethod,然后调用IPCMethod的callRmote方法。

public Object callRemote(IBinder server, Object[] args) throws RemoteException {
        Parcel data = Parcel.obtain();
        Parcel reply = Parcel.obtain();
        Object result;
        try {
            data.writeInterfaceToken(interfaceName);
            data.writeArray(args);
            server.transact(code, data, reply, 0);
            reply.readException();
            result = readValue(reply);
            if (resultConverter != null) {
                result = resultConverter.convert(result);
            }
        } finally {
            data.recycle();
            reply.recycle();
        }
        return result;
    }

这个方法主要就是发起一次IPC请求,传入需要调用的类名称(interfaceName),参数(args),对应的方法(code),然后通过IBinder的transact进行IPC调用。
到这里我们其实可以发现这和前面提到的handleTransact方法对应起来,一个是请求,一个是应答处理。
我们再次回到IPCBus的get(Class<?> interfaceClass)方法,那其实这里的IBinder应该就是TransformBinder在调用进程的BinderProxy,其他进程通过get方法获取BinderProxy来向TransformBinder所在的进程发送IPC调用。
到了这里大家可能会一头雾水,别急我们去看下sCache.query也就是ServiceManagerNative.getService(serverName)看看是不是返回的是BinderProxy。

ServiceManagerNative

public static IBinder getService(String name) {
        if (VirtualCore.get().isServerProcess()) {
            return ServiceCache.getService(name);
        }
        IServiceFetcher fetcher = getServiceFetcher();
        if (fetcher != null) {
            try {
                return fetcher.getService(name);
            } catch (RemoteException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        VLog.e(TAG, "GetService(%s) return null.", name);
        return null;
    }

在这里可以看到如果是ServerProcess进程直接返回保存在ServiceCache的TransformBinder,如果其他进程调用getServiceFetcher,再通过其getService进行返回。

private static IServiceFetcher getServiceFetcher() {
        if (sFetcher == null || !sFetcher.asBinder().isBinderAlive()) {
            synchronized (ServiceManagerNative.class) {
                Context context = VirtualCore.get().getContext();
                Bundle response = new ProviderCall.Builder(context, SERVICE_CP_AUTH).methodName("@").call();
                if (response != null) {
                    IBinder binder = BundleCompat.getBinder(response, "_VA_|_binder_");
                    linkBinderDied(binder);
                    sFetcher = IServiceFetcher.Stub.asInterface(binder);
                }
            }
        }
        return sFetcher;
    }

getServiceFetcher方法主要是启动一个virtual.service.BinderProvider的ContentProvider并且调用"@"方法。

 <provider
            android:name="com.lody.virtual.server.BinderProvider"
            android:authorities="${applicationId}.virtual.service.BinderProvider"
            android:exported="false"
            android:process="@string/engine_process_name" />

BinderProvider

我们再来看看BinderProvider这个类主要作用。

public final class BinderProvider extends ContentProvider {

    private final ServiceFetcher mServiceFetcher = new ServiceFetcher();

    @Override
    public boolean onCreate() {
        Context context = getContext();
        DaemonService.startup(context);
        if (!VirtualCore.get().isStartup()) {
            return true;
        }
        VPackageManagerService.systemReady();
        IPCBus.register(IPackageManager.class, VPackageManagerService.get());
        VActivityManagerService.systemReady(context);
        IPCBus.register(IActivityManager.class, VActivityManagerService.get());
        IPCBus.register(IUserManager.class, VUserManagerService.get());
        VAppManagerService.systemReady();
        IPCBus.register(IAppManager.class, VAppManagerService.get());
        BroadcastSystem.attach(VActivityManagerService.get(), VAppManagerService.get());
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
            IPCBus.register(IJobService.class, VJobSchedulerService.get());
        }
        VNotificationManagerService.systemReady(context);
        IPCBus.register(INotificationManager.class, VNotificationManagerService.get());
        VAppManagerService.get().scanApps();
        VAccountManagerService.systemReady();
        IPCBus.register(IAccountManager.class, VAccountManagerService.get());
        IPCBus.register(IVirtualStorageService.class, VirtualStorageService.get());
        IPCBus.register(IDeviceInfoManager.class, VDeviceManagerService.get());
        IPCBus.register(IVirtualLocationManager.class, VirtualLocationService.get());
        return true;
    }

    @Override
    public Bundle call(String method, String arg, Bundle extras) {
        if ("@".equals(method)) {
            Bundle bundle = new Bundle();
            BundleCompat.putBinder(bundle, "_VA_|_binder_", mServiceFetcher);
            return bundle;
        }
        if ("register".equals(method)) {

        }
        return null;
    }
    ...
    private class ServiceFetcher extends IServiceFetcher.Stub {
        @Override
        public IBinder getService(String name) throws RemoteException {
            if (name != null) {
                return ServiceCache.getService(name);
            }
            return null;
        }

        @Override
        public void addService(String name, IBinder service) throws RemoteException {
            if (name != null && service != null) {
                ServiceCache.addService(name, service);
            }
        }

        @Override
        public void removeService(String name) throws RemoteException {
            if (name != null) {
                ServiceCache.removeService(name);
            }
        }
    }
}

BinderProvider就启动了ServerProcess进程,在这个进程里面我们看到通过BinderProvider的onCreate方法调用了大量的IPCBus.register方法把一系列的VPackageManagerService等对应的TransformBinder保存了在这个ServerProcess进程的ServiceCache中。
我们再来看call方法,返回了一个ServiceFetcher通过键值"VA|binder"进行存储的Bundle。
我们再回到ServiceManagerNative的getService中,这个时候我们就明白了,如果是其他进程则先通过getServiceFetcher获取ServiceFetcher的BinderProxy,然后再调用getService方法获取对应的TransformBinder在这个进程的BinderProxy,然后通过Proxy去调用ServerProcess进程的对应VxxService服务。这个时候其他VAppProcess进程跟ServerProcess进程的交互就通过这一系列IPCBus,IPCMethod,BinderTransformer等来完成。
整个流程图如下:

进程启动流程图

InvocationStubManager

public final class InvocationStubManager {
    ...
    void injectAll() throws Throwable {
        for (IInjector injector : mInjectors.values()) {
            injector.inject();
        }
        // XXX: Lazy inject the Instrumentation,
        addInjector(AppInstrumentation.getDefault());
    }
    ...
    private void injectInternal() throws Throwable {
        if (VirtualCore.get().isMainProcess()) {
            return;
        }
        if (VirtualCore.get().isServerProcess()) {
            addInjector(new ActivityManagerStub());
            addInjector(new PackageManagerStub());
            return;
        }
        if (VirtualCore.get().isVAppProcess()) {
            addInjector(new LibCoreStub());
            addInjector(new ActivityManagerStub());
            addInjector(new PackageManagerStub());
            addInjector(HCallbackStub.getDefault());
            addInjector(new ISmsStub());
            addInjector(new ISubStub());
            addInjector(new DropBoxManagerStub());
            addInjector(new NotificationManagerStub());
            addInjector(new LocationManagerStub());
            addInjector(new WindowManagerStub());
            addInjector(new ClipBoardStub());
            addInjector(new MountServiceStub());
            addInjector(new BackupManagerStub());
            addInjector(new TelephonyStub());
            addInjector(new TelephonyRegistryStub());
            addInjector(new PhoneSubInfoStub());
            addInjector(new PowerManagerStub());
            addInjector(new AppWidgetManagerStub());
            addInjector(new AccountManagerStub());
            addInjector(new AudioManagerStub());
            addInjector(new SearchManagerStub());
            addInjector(new ContentServiceStub());
            addInjector(new ConnectivityStub());

            if (Build.VERSION.SDK_INT >= JELLY_BEAN_MR2) {
                addInjector(new VibratorStub());
                addInjector(new WifiManagerStub());
                addInjector(new BluetoothStub());
                addInjector(new ContextHubServiceStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= JELLY_BEAN_MR1) {
                addInjector(new UserManagerStub());
            }

            if (Build.VERSION.SDK_INT >= JELLY_BEAN_MR1) {
                addInjector(new DisplayStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= LOLLIPOP) {
                addInjector(new PersistentDataBlockServiceStub());
                addInjector(new InputMethodManagerStub());
                addInjector(new MmsStub());
                addInjector(new SessionManagerStub());
                addInjector(new JobServiceStub());
                addInjector(new RestrictionStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= KITKAT) {
                addInjector(new AlarmManagerStub());
                addInjector(new AppOpsManagerStub());
                addInjector(new MediaRouterServiceStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= LOLLIPOP_MR1) {
                addInjector(new GraphicsStatsStub());
                addInjector(new UsageStatsManagerStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= M) {
                addInjector(new FingerprintManagerStub());
                addInjector(new NetworkManagementStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= N) {
                addInjector(new WifiScannerStub());
                addInjector(new ShortcutServiceStub());
                addInjector(new DevicePolicyManagerStub());
            }
            if (Build.VERSION.SDK_INT >= 26) {
                addInjector(new AutoFillManagerStub());
            }
        }
    }

    ...

    public <T extends IInjector, H extends MethodInvocationStub> H getInvocationStub(Class<T> injectorClass) {
        T injector = findInjector(injectorClass);
        if (injector != null && injector instanceof MethodInvocationProxy) {
            // noinspection unchecked
            return (H) ((MethodInvocationProxy) injector).getInvocationStub();
        }
        return null;
    }
}

里面最主要的方法就是injectInternal,从这里看到主进程(io.virtualapp)没有进行hook,ServerProcess(io.virtualapp:x)对AMS以及PMS的BinderProxy进行了hook,而VAppProcess则对大量的系统服务进行了hook。
具体的hook是通过MethodInvocationStub,MethodInvocationProxy,MethodProxy这个基础框架来完成的,具体的原理也是生成需要hook类的proxy对象通过反射进行注入,这里就不在细说了。整个封装的Hook框架是在包名com.lody.virtual.hook下,有兴趣的可以自行研读。
到这里整个启动流程就差不多完成了,这个时候会启动两个进程一个是va的主进程(io.virtualapp)通过ui处理安装和多开app等功能,一个ServerProcess进程虚拟了VxxService10个服务,来替代android的systemservice进程里的服务来完成和VAppProcess进程的交互。

后面会再解析app的安装和运行原理,分两篇来写。

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