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Android包管理机制系列
前言
PMS的创建过程分为两个部分进行讲解,分别是SyetemServer处理部分和PMS构造方法。其中SyetemServer处理部分和AMS和WMS的创建过程是类似的,可以将它们进行对比,这样可以更好的理解和记忆这一知识点。
1. SyetemServer处理部分
PMS是在SyetemServer进程中被创建的,SyetemServer进程用来创建系统服务,不了解它的可以查看Android系统启动流程(三)解析SyetemServer进程启动过程这篇文章。
从SyetemServer的入口方法main方法开始讲起,如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
public static void main(String[] args) { new SystemServer().run(); }
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main方法中只调用了SystemServer的run方法,如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void run() { try { ... Looper.prepareMainLooper(); System.loadLibrary("android_servers"); performPendingShutdown(); createSystemContext(); mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext); mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart); LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager); SystemServerInitThreadPool.get(); } finally { traceEnd(); } try { traceBeginAndSlog("StartServices"); startBootstrapServices(); startCoreServices(); startOtherServices(); SystemServerInitThreadPool.shutdown(); } catch (Throwable ex) { Slog.e("System", "******************************************"); Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex); throw ex; } finally { traceEnd(); } ... }
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在注释1处加载了动态库libandroid_servers.so。接下来在注释2处创建SystemServiceManager,它会对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理。在注释3中的startBootstrapServices方法中用SystemServiceManager启动了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服务。在注释4处的startCoreServices方法中则启动了DropBoxManagerService、BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。注释5处的startOtherServices方法中启动了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服务。这些服务的父类均为SystemService。从注释3、4、5的方法可以看出,官方把系统服务分为了三种类型,分别是引导服务、核心服务和其他服务,其中其他服务是一些非紧要和一些不需要立即启动的服务。这些系统服务总共有100多个,我们熟知的AMS属于引导服务,WMS属于其他服务,
本文要讲的PMS属于引导服务,因此这里列出引导服务以及它们的作用,见下表。
引导服务 |
作用 |
Installer |
系统安装apk时的一个服务类,启动完成Installer服务之后才能启动其他的系统服务 |
ActivityManagerService |
负责四大组件的启动、切换、调度。 |
PowerManagerService |
计算系统中和Power相关的计算,然后决策系统应该如何反应 |
LightsService |
管理和显示背光LED |
DisplayManagerService |
用来管理所有显示设备 |
UserManagerService |
多用户模式管理 |
SensorService |
为系统提供各种感应器服务 |
PackageManagerService |
用来对apk进行安装、解析、删除、卸载等等操作 |
查看启动引导服务的注释3处的startBootstrapServices方法。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void startBootstrapServices() { ... String cryptState = SystemProperties.get("vold.decrypt"); if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) { Slog.w(TAG, "Detected encryption in progress - only parsing core apps"); mOnlyCore = true; } else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) { Slog.w(TAG, "Device encrypted - only parsing core apps"); mOnlyCore = true; } ... traceBeginAndSlog("StartPackageManagerService"); mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer, mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore); mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot(); mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager(); traceEnd(); ... }
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注释1处读取init.rc的vold.decrypt属性,如果它的值为”trigger_restart_min_framework”,说明我们加密了设备,这时mOnlyCore的值为true,表示只运行“核心”程序,这是为了创建一个极简的启动环境。
注释2处的PMS的main方法主要用来创建PMS,注释3处获取boolean类型的变量mFirstBoot,它用于表示PMS是否首次被启动。mFirstBoot是后续WMS创建时所需要的参数,从这里就可以看出系统服务之间是有依赖关系的,它们的启动顺序不能随意被更改。
2. PMS构造方法
PMS的main方法如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer, boolean factoryTest, boolean onlyCore) { PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties(); PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer, factoryTest, onlyCore); m.enableSystemUserPackages(); ServiceManager.addService("package", m); return m; }
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main方法主要做了两件事,一个是创建PMS对象,另一个是将PMS注册到ServiceManager中。
PMS的构造方法大概有600多行,分为5个阶段,每个阶段会打印出相应的EventLog,EventLog用于打印Android系统的事件日志。
- BOOT_PROGRESS_PMS_START(开始阶段)
- BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START(扫描系统阶段)
- BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START(扫描Data分区阶段)
- BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END(扫描结束阶段)
- BOOT_PROGRESS_PMS_READY(准备阶段)
2.1 开始阶段
PMS的构造方法中会获取一些包管理需要属性,如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
public PackageManagerService(Context context, Installer installer, boolean factoryTest, boolean onlyCore) { LockGuard.installLock(mPackages, LockGuard.INDEX_PACKAGES); Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER, "create package manager"); EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_START, SystemClock.uptimeMillis()) ... mMetrics = new DisplayMetrics(); mSettings = new Settings(mPackages); mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.system", Process.SYSTEM_UID, ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED); mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.phone", RADIO_UID, ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED); mSettings.addSharedUserLPw("android.uid.log", LOG_UID, ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM, ApplicationInfo.PRIVATE_FLAG_PRIVILEGED); ... mInstaller = installer; mPackageDexOptimizer = new PackageDexOptimizer(installer, mInstallLock, context, "*dexopt*"); mDexManager = new DexManager(this, mPackageDexOptimizer, installer, mInstallLock); mMoveCallbacks = new MoveCallbacks(FgThread.get().getLooper()); mOnPermissionChangeListeners = new OnPermissionChangeListeners( FgThread.get().getLooper()); getDefaultDisplayMetrics(context, mMetrics); Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER, "get system config"); SystemConfig systemConfig = SystemConfig.getInstance(); mGlobalGids = systemConfig.getGlobalGids(); mSystemPermissions = systemConfig.getSystemPermissions(); mAvailableFeatures = systemConfig.getAvailableFeatures(); Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER); mProtectedPackages = new ProtectedPackages(mContext); synchronized (mInstallLock) { synchronized (mPackages) { mHandlerThread = new ServiceThread(TAG, Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND, true ); mHandlerThread.start(); mHandler = new PackageHandler(mHandlerThread.getLooper()); mProcessLoggingHandler = new ProcessLoggingHandler(); Watchdog.getInstance().addThread(mHandler, WATCHDOG_TIMEOUT);
mDefaultPermissionPolicy = new DefaultPermissionGrantPolicy(this); mInstantAppRegistry = new InstantAppRegistry(this); File dataDir = Environment.getDataDirectory(); mAppInstallDir = new File(dataDir, "app"); mAppLib32InstallDir = new File(dataDir, "app-lib"); mAsecInternalPath = new File(dataDir, "app-asec").getPath(); mDrmAppPrivateInstallDir = new File(dataDir, "app-private"); sUserManager = new UserManagerService(context, this, new UserDataPreparer(mInstaller, mInstallLock, mContext, mOnlyCore), mPackages); ... mFirstBoot = !mSettings.readLPw(sUserManager.getUsers(false)) ... }
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在开始阶段中创建了很多PMS中的关键对象并赋值给PMS中的成员变量,下面简单介绍这些成员变量。
- mSettings :用于保存所有包的动态设置。注释1处将系统进程的sharedUserId添加到Settings中,sharedUserId用于进程间共享数据,比如两个App的之间的数据是不共享的,如果它们有了共同的sharedUserId,就可以运行在同一个进程中共享数据。
- mInstaller :Installer继承自SystemService,和PMS、AMS一样是系统的服务(虽然名称不像是服务),PMS很多的操作都是由Installer来完成的,比如APK的安装和卸载。在Installer内部,通过IInstalld和installd进行Binder通信,由位于nativie层的installd来完成具体的操作。
- systemConfig:用于得到全局系统配置信息。比如系统的权限就可以通过SystemConfig来获取。
- mPackageDexOptimizer : Dex优化的工具类。
- mHandler(PackageHandler类型) :PackageHandler继承自Handler,在注释3处它绑定了后台线程ServiceThread的消息队列。PMS通过PackageHandler驱动APK的复制和安装工作,具体的请看在Android包管理机制(三)PMS处理APK的安装这篇文章。
PackageHandler处理的消息队列如果过于繁忙,有可能导致系统卡住, 因此在注释4处将它添加到Watchdog的监测集中。
Watchdog主要有两个用途,一个是定时检测系统关键服务(AMS和WMS等)是否可能发生死锁,还有一个是定时检测线程的消息队列是否长时间处于工作状态(可能阻塞等待了很长时间)。如果出现上述问题,Watchdog会将日志保存起来,必要时还会杀掉自己所在的进程,也就是SystemServer进程。
- sUserManager(UserManagerService类型) :多用户管理服务。
除了创建这些关键对象,在开始阶段还有一些关键代码需要去讲解:
- 注释1处和注释2处加了两个锁,其中mInstallLock是安装APK时需要的锁,保护所有对installd的访问;mPackages是更新APK时需要的锁,保护内存中已经解析的包信息等内容。
- 注释5处后的代码创建了一些Data分区中的子目录,比如/data/app。
- 注释6处会解析packages.xml等文件的信息,保存到Settings的对应字段中。packages.xml中记录系统中所有安装的应用信息,包括基本信息、签名和权限。如果packages.xml有安装的应用信息,那么注释6处Settings的readLPw方法会返回true,mFirstBoot的值为false,说明PMS不是首次被启动。
2.2 扫描系统阶段
... public PackageManagerService(Context context, Installer installer, boolean factoryTest, boolean onlyCore) { ... EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SYSTEM_SCAN_START, startTime); ... File frameworkDir = new File(Environment.getRootDirectory(), "framework"); ... scanDirTracedLI(new File(VENDOR_OVERLAY_DIR), mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR | PackageParser.PARSE_TRUSTED_OVERLAY, scanFlags | SCAN_TRUSTED_OVERLAY, 0); mParallelPackageParserCallback.findStaticOverlayPackages(); scanDirTracedLI(frameworkDir, mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR | PackageParser.PARSE_IS_PRIVILEGED, scanFlags | SCAN_NO_DEX, 0); final File privilegedAppDir = new File(Environment.getRootDirectory(), "priv-app"); scanDirTracedLI(privilegedAppDir, mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR | PackageParser.PARSE_IS_PRIVILEGED, scanFlags, 0); final File systemAppDir = new File(Environment.getRootDirectory(), "app"); scanDirTracedLI(systemAppDir, mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR, scanFlags, 0); File vendorAppDir = new File("/vendor/app"); try { vendorAppDir = vendorAppDir.getCanonicalFile(); } catch (IOException e) { } scanDirTracedLI(vendorAppDir, mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR, scanFlags, 0);
final File oemAppDir = new File(Environment.getOemDirectory(), "app"); scanDirTracedLI(oemAppDir, mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR, scanFlags, 0);
final List<String> possiblyDeletedUpdatedSystemApps = new ArrayList<String>(); if (!mOnlyCore) { Iterator<PackageSetting> psit = mSettings.mPackages.values().iterator(); while (psit.hasNext()) { PackageSetting ps = psit.next(); if ((ps.pkgFlags & ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) == 0) { continue; } final PackageParser.Package scannedPkg = mPackages.get(ps.name); if (scannedPkg != null) { if (mSettings.isDisabledSystemPackageLPr(ps.name)) { ... removePackageLI(scannedPkg, true); mExpectingBetter.put(ps.name, ps.codePath); } continue; } if (!mSettings.isDisabledSystemPackageLPr(ps.name)) { ... } else { final PackageSetting disabledPs = mSettings.getDisabledSystemPkgLPr(ps.name); if (disabledPs.codePath == null || !disabledPs.codePath.exists()) { possiblyDeletedUpdatedSystemApps.add(ps.name); } } } } ... }
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/system可以称作为System分区,里面主要存储谷歌和其他厂商提供的Android系统相关文件和框架。Android系统架构分为应用层、应用框架层、系统运行库层(Native 层)、硬件抽象层(HAL层)和Linux内核层,除了Linux内核层在Boot分区,其他层的代码都在System分区。下面列出 System分区的部分子目录。
| 目录| 含义|
| :——–: | :——–:| :–: |
| app| 存放系统App,包括了谷歌内置的App也有厂商或者运营商提供的App |
| framework| 存放应用框架层的jar包 |
| priv-app| 存放特权App |
| lib| 存放so文件 |
| fonts| 存放系统字体文件 |
| media| 存放系统的各种声音,比如铃声、提示音,以及系统启动播放的动画 |
上面的代码还涉及到/vendor 目录,它用来存储厂商对Android系统的定制部分。
系统扫描阶段的主要工作有以下3点:
- 创建/system的子目录,比如/system/framework、/system/priv-app和/system/app等等
- 扫描系统文件,比如/vendor/overlay、/system/framework、/system/app等等目录下的文件。
- 对扫描到的系统文件做后续处理。
主要来说第3点,一次OTA升级对于一个系统App会有三种情况:
- 这个系统APP无更新。
- 这个系统APP有更新。
- 新的OTA版本中,这个系统APP已经被删除。
当系统App升级,PMS会将该系统App的升级包设置数据(PackageSetting)存储到Settings的mDisabledSysPackages列表中(具体见PMS的replaceSystemPackageLIF方法),mDisabledSysPackages的类型为ArrayMap<String, PackageSetting>
。mDisabledSysPackages中的信息会被PMS保存到packages.xml中的<updated-package>
标签下(具体见Settings的writeDisabledSysPackageLPr方法)。
注释2处说明这个系统App有升级包,那么就将该系统App的PackageSetting从mDisabledSysPackages列表中移除,并将系统App的升级包的路径添加到mExpectingBetter列表中,mExpectingBetter的类型为ArrayMap<String, File>
等待后续处理。
注释5处如果这个系统App的升级包信息存储在mDisabledSysPackages列表中,但是没有发现这个升级包存在,则将它加入到possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表中,意为“系统App的升级包可能被删除”,之所以是“可能”,是因为系统还没有扫描Data分区,只能暂放到possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表中,等到扫描完Data分区后再做处理。
2.3 扫描Data分区阶段
public PackageManagerService(Context context, Installer installer, boolean factoryTest, boolean onlyCore) { ... mSettings.pruneSharedUsersLPw(); if (!mOnlyCore) { EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_DATA_SCAN_START, SystemClock.uptimeMillis()); scanDirTracedLI(mAppInstallDir, 0, scanFlags | SCAN_REQUIRE_KNOWN, 0); scanDirTracedLI(mDrmAppPrivateInstallDir, mDefParseFlags | PackageParser.PARSE_FORWARD_LOCK, scanFlags | SCAN_REQUIRE_KNOWN, 0); for (String deletedAppName : possiblyDeletedUpdatedSystemApps) { PackageParser.Package deletedPkg = mPackages.get(deletedAppName); mSettings.removeDisabledSystemPackageLPw(deletedAppName); String msg; if (deletedPkg == null) { msg = "Updated system package " + deletedAppName + " no longer exists; it's data will be wiped"; } else { msg = "Updated system app + " + deletedAppName + " no longer present; removing system privileges for " + deletedAppName; deletedPkg.applicationInfo.flags &= ~ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM; PackageSetting deletedPs = mSettings.mPackages.get(deletedAppName); deletedPs.pkgFlags &= ~ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM; } logCriticalInfo(Log.WARN, msg); } for (int i = 0; i < mExpectingBetter.size(); i++) { final String packageName = mExpectingBetter.keyAt(i); if (!mPackages.containsKey(packageName)) { final File scanFile = mExpectingBetter.valueAt(i); logCriticalInfo(Log.WARN, "Expected better " + packageName + " but never showed up; reverting to system"); int reparseFlags = mDefParseFlags; if (FileUtils.contains(privilegedAppDir, scanFile)) { reparseFlags = PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM | PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM_DIR | PackageParser.PARSE_IS_PRIVILEGED; } ... mSettings.enableSystemPackageLPw(packageName); try { scanPackageTracedLI(scanFile, reparseFlags, scanFlags, 0, null); } catch (PackageManagerException e) { Slog.e(TAG, "Failed to parse original system package: " + e.getMessage()); } } } } mExpectingBetter.clear(); ... }
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/data可以称为Data分区,它用来存储所有用户的个人数据和配置文件。下面列出Data分区部分子目录:
| 目录| 含义|
| :——–: | :——–:| :–: |
| app| 存储用户自己安装的App|
| data| 存储所有已安装的App数据的目录,每个App都有自己单独的子目录 |
| app-private| App的私有存储空间 |
| app-lib|存储所有App的Jni库 |
| system| 存放系统配置文件 |
| anr| 用于存储ANR发生时系统生成的traces.txt文件 |
扫描Data分区阶段主要做了以下几件事:
- 扫描/data/app和/data/app-private目录下的文件。
- 遍历possiblyDeletedUpdatedSystemApps列表,注释1处如果这个系统App的包信息不在PMS的变量mPackages中,说明是残留的App信息,后续会删除它的数据。注释2处如果这个系统App的包信息在mPackages中,说明是存在于Data分区,不属于系统App,那么移除其系统权限。
- 遍历mExpectingBetter列表,注释3处根据系统App所在的目录设置扫描的解析参数,注释4处的方法内部会将packageName对应的包设置数据(PackageSetting)添加到mSettings的mPackages中。注释5处扫描系统App的升级包,最后清除mExpectingBetter列表。
2.4 扫描结束阶段
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_SCAN_END, SystemClock.uptimeMillis()); Slog.i(TAG, "Time to scan packages: " + ((SystemClock.uptimeMillis()-startTime)/1000f) + " seconds"); int updateFlags = UPDATE_PERMISSIONS_ALL; if (ver.sdkVersion != mSdkVersion) { Slog.i(TAG, "Platform changed from " + ver.sdkVersion + " to " + mSdkVersion + "; regranting permissions for internal storage"); updateFlags |= UPDATE_PERMISSIONS_REPLACE_PKG | UPDATE_PERMISSIONS_REPLACE_ALL; } updatePermissionsLPw(null, null, StorageManager.UUID_PRIVATE_INTERNAL, updateFlags); ver.sdkVersion = mSdkVersion; if (!onlyCore && (mPromoteSystemApps || mFirstBoot)) { for (UserInfo user : sUserManager.getUsers(true)) { mSettings.applyDefaultPreferredAppsLPw(this, user.id); applyFactoryDefaultBrowserLPw(user.id); primeDomainVerificationsLPw(user.id); } } ... if (mIsUpgrade && !onlyCore) { Slog.i(TAG, "Build fingerprint changed; clearing code caches"); for (int i = 0; i < mSettings.mPackages.size(); i++) { final PackageSetting ps = mSettings.mPackages.valueAt(i); if (Objects.equals(StorageManager.UUID_PRIVATE_INTERNAL, ps.volumeUuid)) { clearAppDataLIF(ps.pkg, UserHandle.USER_ALL, StorageManager.FLAG_STORAGE_DE | StorageManager.FLAG_STORAGE_CE | Installer.FLAG_CLEAR_CODE_CACHE_ONLY); } } ver.fingerprint = Build.FINGERPRINT; } ... mSettings.writeLPr(); Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
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扫描结束结束阶段主要做了以下几件事:
- 如果当前平台SDK版本和上次启动时的SDK版本不同,重新更新APK的授权。
- 如果是第一次启动或者是Android M升级后的第一次启动,需要初始化所有用户定义的默认首选App。
- OTA升级后的第一次启动,会清除代码缓存目录。
- 把Settings的内容保存到packages.xml中,这样此后PMS再次创建时会读到此前保存的Settings的内容。
2.5 准备阶段
EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_PMS_READY, SystemClock.uptimeMillis()); ... mInstallerService = new PackageInstallerService(context, this); ... Runtime.getRuntime().gc(); Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER); Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER, "loadFallbacks"); FallbackCategoryProvider.loadFallbacks(); Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER); mInstaller.setWarnIfHeld(mPackages); LocalServices.addService(PackageManagerInternal.class, new PackageManagerInternalImpl()); Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER); }
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注释1处创建PackageInstallerService,PackageInstallerService是用于管理安装会话的服务,它会为每次安装过程分配一个SessionId,在Android包管理机制(二)PackageInstaller安装APK这篇文章中提到过PackageInstallerService。
注释2处进行一次垃圾收集。注释3处将PackageManagerInternalImpl(PackageManager的本地服务)添加到LocalServices中,
LocalServices用于存储运行在当前的进程中的本地服务。
3. 总结
本篇文章介绍了PMS的创建过程,分为两个部分,分别是SyetemServer处理部分和PMS构造方法,PMS构造方法又分为5个部分,分别是开始阶段、扫描系统阶段、扫描Data分区阶段、扫描结束阶段和准备阶段。
感谢
Android包管理机制
源码分析 — PackageManagerService(一)之启动流程
Android-6.0之PMS解析下篇
APK安装流程详解6——PackageManagerService启动前奏