0x01 APK简介

APK是Android Package的缩写，即Android安装包(apk)。Google为程序员提供了Android SDK来开发Android平台的软件，每个软件在最终发布时会打包成一个APK文件，将APK文件传送到Android设备中运行即可完成安装。实际上APK文件就是一个zip压缩包。

0x02 打包APK

Android工程的打包方式有两种：

  • 使用Eclipse等集成开发环境直接导出生成APK；

  • 使用Ant工具在命令行方式下打包生成APK。

整个APK打包过程可分为七个步骤：

  • 1、打包资源文件，生成R.java文件。用到的打包资源工具为aapt。
    • 首先检查AndroidManifest.xml的合法性，然后对res目录下的资源子目录进行处理，处理内容包括资源文件名合法性检查、向资源表table添加条目等
    • 处理完后编译res与asserts目录下的资源并生成resources.arsc文件
    • 完成资源编译后，对res目录的子目录下的xml文件分别进行编译，这样处理过的xml文件就简单的被“加密”了
    • 最后将所有的资源与编译生成的resources.arsc文件以及“加密”过的AndroidManifest.xml文件打包压缩成resources.ap_文件（使用Ant工具命令行编译则会生成与build.xml中“project name”指定的属性同名的ap_文件）。
  • 2、处理aidl文件，生成相应的Java文件。用到的工具为aidl。
    • aidl文件，即android interface definition language，Android接口描述语言文件。对于没有使用到aidl的Android工程，这步跳过。
  • 3、编译工程源代码，生成相应的class文件。
    • 调用javac编译工程src目录下所有的java源文件，生成的class文件位于工程的bin/classes目录下。
    • 实际开发中，也可能会使用Android NDK来编译native代码，此时，这一步还需要使用Android NDK编译C/C++代码，当然，编译C/C++代码的步骤也可以提前到第一步或第二步。

  • 4、转换所有的class文件，生成classes.dex文件。用到的工具为dx。

  • 5、打包生成APK文件。打包的工具为apkbuilder。
    • 代码构建了一个ApkBuilder类，
    • 然后包含resources.arsc的文件为基础生成apk文件，这个文件一般为ap_结尾的文件
    • 添加工程的资源，处理内容包括res目录与asserts目录中的文件
    • 添加完资源后往apk文件中写入依赖库
    • 添加工程libs目录下的Native库（通过Android NDK编译生成的so或bin文件）
    • 最后关闭apk文件
  • 6、对APK文件进行签名。
    • Android应用程序需要签名才能在Android设备上安装。
    • 签名apk文件有两种情况：在调试程序时Eclipse会使用一个debug.keystore对apk进行签名；打包发布时需要提供一个符合Android开发文档要求的签名文件进行签名。
    • 签名方法有两种：使用JDK中提供的jarsigner工具签名；使用Android源码中提供的signapk工具签名。
  • 7、对签名后的APK文件进行对齐处理。用到的工具为zipalign。
    • 将apk包进行对齐处理，使apk包中的所有资源文件距离文件起始偏移为4字节整数倍，这样通过内存映射访问apk文件时的速度会更快。

0x03 APK安装

Android应用程序安装方式主要有以下4种：

  • 系统程序安装。
    • 由开机启动时的PackageManagerService服务完成，该服务在启动时会扫描系统程序目录/system/app并重新安装所有程序，此安装没有安装界面。
  • ADB工具安装。
    • 使用Android SDK提供的调试桥adb来安装，在命令行下输入“adb install xxx.apk”即可完成安装，此安装没有安装界面。
  • 手机自带安装。
    • 通过点击手机中文件浏览器中的apk文件，直接调用Android系统的软件包packageinstaller.apk来完成安装，此安装有安装界面。
  • 通过Android应用市场安装。
    • 直接通过Android市场下载APK文件进行安装，集成Google Play商店的安装没有安装界面。
    • 国内手机大多使用其他Android市场来安装apk程序，此类安装跟手机自带安装类似。

0x04 APK安装流程

Android系统接到请求需要安装apk程序时，会启动PackageInstaller的PackageInstallerActivity，并接收Intent传递过来的apk文件信息，PackageInstallerActivity启动时会首先初始化一个PackageManager与PackageParser.Package对象，接着调用PackageUtil类的静态方法getPackageInfo()解析程序包的信息，如果这一步解析出错，程序就会失败返回，如果成功就调用setContentView()方法设置PackageInstallerActivity的显示视图，接着调用PackageUtil类的静态方法getAppSnippet()与initSnippetForNewApp()来设置PackageInstallerActivity的控件显示程序的名称与图标，最后调用initiateInstall()方法进行一些其他的初始化工作。

PackageInstallerActivity的onCreate()方法中有两个重要函数：PackageUtil的getPackageInfo()方法以及initiateInstall()。getPackageInfo()方法首先通过packageURI获取到apk文件的路径，然后构造一个PackageParser对象，最后调用PackageParser对象的parsePackage()方法解析apk程序包。

紧接着parsePackage()调用了另一个版本的parsePackage()方法从AndroidManifest.xml文件中获取程序包名，接着构建了一个Package对象，接下来挨个处理AndroidManifest.xml文件中的标签，处理application标签使用了parseApplication()方法，后者解析activity、receiver、service、provider并将它们添加到传递进来的Package对象的ArrayList中。

onCreate()方法中的getPackageInfo()返回后调用了initiateInstall()，initiateInstall()检测该程序是否已经安装，然后分别调用startInstallConfirm()显示安装界面或调用showDialogInner(DLG_REPLACE_APP)弹出替换程序对话框。

安装按钮使用startActivity()方法启动一个Activity类InstallAppProgress.class，InstallAppProgress类在初始化onCreate()方法中调用了initView()，后者最终调用了PackageManager的installPaceage()方法来安装apk程序。

installPaceage()调用了installPackageWithVerification()方法，该方法首先验证调用者是否具有程序安装的权限，最后通过消息处理的方式调用processPendingInstall()进行安装，processPendingInstall()又调用方法经过一阵验证折腾，最终调用replacePackageLl()或installNewPackageLl()来替换或安装程序。

安装和替换操作最终都会调用scanPackageLl()方法，scanPackageLl()会实例化一个PackageParser对象，然后调用其parsePackage()方法来解析apk程序包，代码的最后又调用了scanPackageLl()的另一个版本来完成apk的依赖库检测、签名的验证、sharedUser的签名检测、更新Native库目录文件、组件名称的检测等工作，最后调用mInstaller的install()方法来安装程序。

install()方法构造字符串“install name uid gid”后调用transaction()方法，通过socket向/system/bin/installd程序发送install指令，installd程序是开机后常驻于内存中的。

install()执行完毕后，会通过socket回传结果，最终PackageInstaller根据返回结果做出相应处理，至此，一个apk程序就安装完成了。