Android Ethernet从上至下解析一

15-08-28 来源：[db:作者]

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最近遇到不少框架问题，比如关于网口的，开机后拔掉有线网，状态栏和设置项中有线网显示图标不会更新，还有双网口的需求，下面就带着这个问题，以跟踪网络状态问题为引线，本篇将贯穿分析Ethernet从上至下的框架结构。因能力和时间有限，文中有分析不到位的地方，十分欢迎大侠们拍砖。
首先看下应用层网络监听相关的app 网络监听一：设置 packages/apps/Settings/src/com/android/settings/ethernet/EthernetEnabler.java

设置项网络按钮类定义

网络监听二：statusbar frameworks/base/packages/SystemUI/src/com/android/systemui/statusbar/policy/NetworkController.java
NetworkController本身是个BroadcastReceiver，其中关于网络状态变化的监听消息为EthernetManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION，可以猜测这个消息是framework发出来的，往下看。

网络服务框架层通过整理，网络框架管理器和服务相关代码和基本解释如下： frameworks/base/ethernet/java/com/android/internal/ethernet/

    EthernetStateMachine.java     -> 网络状态机，用于管理网络状态变化及动作逻辑
    EthernetManager.java          -> 网络管理器，是app和EthernetService信息交互的桥梁
    EthernetInfo.java             -> 网络状态参数类，是Parcelable的一个实现
    EthernetInfo.aidl             -> aidl文件，Manager和service统一使用的数据结构
    IEthernetManager.aidl         -> aidl文件，用于Manager和service通信

在此可以发现网络状态机也在监听NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION广播，广播发送者不再这里，那应该就是在service那了，继续往下。 frameworks/base/services/java/com/android/server/EthernetService.java

    private class InterfaceStateReceiver extends BroadcastReceiver {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            if (intent.getAction().equals(EthernetManager.INTERFACE_STATE_CHANGED_ACTION)) {
                ...
                Intent newIntent = new Intent(EthernetManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);
                newIntent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);
                newIntent.putExtra(EthernetManager.EXTRA_ETHERNET_INFO, ei);

在service中，可以看到发送NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION的发送动作，而这个发送行为还不是底层上报的状态直接启动的，而是上面说的网络状态机，它发送的INTERFACE_STATE_CHANGED_ACTION广播信息，怎么源头又跑上面去了？有些人可能并不理解为什么在framework里面要把一个简单的事件广播要这么来回的发送，等明白了网络状态机的作用，就知道这些过程的逻辑性了。
我们知道statemachine的特点是有一个rootstate，然后向下由多个state发展而成一个树状结构，state之间的转换会伴随着enter(),processMessage()等动作。EthernetStateMachine的状态初始化如下：

            addState(mRootState);
            addState(mIdleState, mRootState);
            //addState(mObtainingLinkState, mRootState);
            addState(mObtainingIpState, mRootState);
            addState(mIPConnectedState, mRootState);
            addState(mDisconnectingState, mRootState);

接着前面说到的INTERFACE_STATE_CHANGED_ACTION广播继续来看下状态机中的逻辑。在ethernetstatemachine中，state状态的变化控制着网络状态的广播通知，部分代码如下：

    private void sendInterfaceStateChangedBroadcast() {
        if (DBG) Slog.d(TAG, Sending INTERFACE_STATE_CHANGED_ACTION for 
                + mEthernetInfo.getName());
        Intent intent = new Intent(EthernetManager.INTERFACE_STATE_CHANGED_ACTION);
        intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);
        intent.putExtra(EthernetManager.EXTRA_ETHERNET_INFO, new EthernetInfo(mEthernetInfo));
        mContext.sendBroadcast(intent);
    }
    private void setNetworkDetailedState(DetailedState state) {
        if (DBG) Slog.d(TAG, mEthernetInfo.getName() +  setDetailed state, old =
                + mEthernetInfo.getDetailedState() +  and new state= + state);
        if (state != mEthernetInfo.getDetailedState()) {
            mEthernetInfo.setDetailedState(state, null, null);
            mEthernetInfo.setIsAvailable(true);
            sendInterfaceStateChangedBroadcast();
        }
    }
    void dhcpSuccess(DhcpResults dr) {
        if (DBG) Slog.d(TAG, mEthernetInfo.getName() +  DHCP successful);
        LinkProperties lp = dr.linkProperties;
            ...
            setNetworkDetailedState(DetailedState.CONNECTED);
    }

上面就是网络状态机的逻辑功能，而状态机的消息来源是service，

    public void updateInterface(EthernetInfo newInfo) {
        if (newInfo == null) {
            Slog.e(TAG, Null EthernetInfo);
            return;
        }
        if (mAvailableInterface == null) {
            Slog.e(TAG, Unable to find statemachine for interface  + newInfo.getName());
            return;
        }

        sendMessage(mAvailableInterface,
                EthernetStateMachine.CMD_UPDATE_INTERFACE,
                newInfo);

        if(DBG) Slog.d(TAG, newInfo.getName() +  updateInterface done);
    }

看到了来来回回的广播，至此算是结束了，这里还要注意一点，广播收发程序中，我们要注意一个序列化参数的传递，就是EthernetInfo对象，这个对象存储着当前网络状态参数。
我们可以这么理解：网络状态机是EthernetService的辅助逻辑处理单元，service通过给状态机发送消息并等待状态机处理结果，然后将结果发送给应用程序。这个就是网络部分framework层的大致逻辑，了解这个之后，我们继续分析service是从哪里取得网络状态消息的。来看下EthernetService的构造函数：

    public EthernetService(Context context) {
        mContext = context;
        mNetd = INetworkManagementService.Stub.asInterface(
                ServiceManager.getService(Context.NETWORKMANAGEMENT_SERVICE)
        );

        try {
            mNetd.registerObserver(new NetworkManagementEventObserver());
        } catch (RemoteException e) {
            Slog.e(TAG, Remote NetworkManagementService error:  + e);
        }

看下NetworkManagementEventObserver的实现:

    private class NetworkManagementEventObserver extends INetworkManagementEventObserver.Stub {
        public void interfaceAdded(String iface) {
            if(DBG) Slog.d(TAG, interfaceAdded:  + iface);
            addInterface(iface);
        }
        public void interfaceRemoved(String iface) {
            if(DBG) Slog.d(TAG, interfaceRemoved:  + iface);
            removeInterface(iface);
        }
        public void limitReached(String limitName, String iface) {}
        public void interfaceClassDataActivityChanged(String label, boolean active) {}
        public void interfaceLinkStateChanged(String iface, boolean up) {
            if(DBG) Slog.d(TAG, interfaceLinkStateChanged for  + iface + , up =  + up);
            if (mAvailableInterface != null && up) {
                //sendMessage(mAvailableInterface, 
                //EthernetStateMachine.CMD_LINK_UP);
            }
        }
        public void interfaceStatusChanged(String iface, boolean up) {
            if(DBG) Slog.d(TAG, interfaceStatusChanged for  + iface + , up =  + up);
            //addInterface(iface);
        }
        public void addressUpdated(String address, String iface, int flags, int scope) {}
        public void addressRemoved(String address, String iface, int flags, int scope) {}
    }

这里我们看到seivice从NetworkManagementService进行函数回调。 NetworkManagementService也是注册到系统中的服务项，顾名思义负责网络管理服务，具体功能在本篇不做深入分析，其中之一通过socket和netd进行交互，这个在后面继续跟踪。

    SystemServer.java    try {
         Slog.i(TAG, NetworkManagement Service);
         networkManagement = NetworkManagementService.create(context);
         ServiceManager.addService(Context.NETWORKMANAGEMENT_SERVICE, networkManagement);
    } catch (Throwable e) {
         reportWtf(starting NetworkManagement Service, e);
    }

在后续的分析中，我们开始了解到framework到native的交互，这里我们先看一张网络的图示

我们按照图示的最上层来看看NetworkManagementService.java

    private static final String NETD_SOCKET_NAME = netd;
    private NetworkManagementService(Context context, String socket) {
        mContext = context;

        if (simulator.equals(SystemProperties.get(ro.product.device))) {
            return;
        }

        mConnector = new NativeDaemonConnector(
                new NetdCallbackReceiver(), socket, 10, NETD_TAG, 160);
        mThread = new Thread(mConnector, NETD_TAG);

        // Add ourself to the Watchdog monitors.
        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
    }

这里socket值就是netd字符串，service启动了名为NativeDaemonConnector的Runnable线程，同时从构造函数中传递了NetdCallbackReceiver 对象，用于回调处理各种网络事件。

    private class NetdCallbackReceiver implements INativeDaemonConnectorCallbacks {
         @Override
        public void onDaemonConnected() {

        @Override
        public boolean onEvent(int code, String raw, String[] cooked) {       
            switch (code) {
            case NetdResponseCode.InterfaceChange:
                    } else if (cooked[2].equals(linkstate) && cooked.length == 5) {
                        // 网络状态变化事件在这里回调处理
                        notifyInterfaceLinkStateChanged(cooked[3], cooked[4].equals(up));
                        return true;
                    }

   /**
     * Notify our observers of an interface link state change
     * (typically, an Ethernet cable has been plugged-in or unplugged).
     */
    private void notifyInterfaceLinkStateChanged(String iface, boolean up) {
        final int length = mObservers.beginBroadcast();
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            try {
                mObservers.getBroadcastItem(i).interfaceLinkStateChanged(iface, up);
            } catch (RemoteException e) {
            } catch (RuntimeException e) {
            }
        }
        mObservers.finishBroadcast();
    }

上面说了NativeDaemonConnector是一个Runnable的实现，那么这个线程在后台做些什么工作呢？在线程run函数中可以看到线程在while死循环中一直listenToSocket，可以猜想这里是在监听获取native中网络相关事件的地方了。

    @Override
    public void run() {
        mCallbackHandler = new Handler(FgThread.get().getLooper(), this);

        while (true) {
            try {
                listenToSocket();
            } catch (Exception e) {
                loge(Error in NativeDaemonConnector:  + e);
                SystemClock.sleep(5000);
            }
        }
    }
    private void listenToSocket() throws IOException {
        LocalSocket socket = null;

        try {
            // 创建一个socket
            socket = new LocalSocket();
            LocalSocketAddress address = determineSocketAddress();
            socket.connect(address);
            // 从socket中获取流数据并处理
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            synchronized (mDaemonLock) {
                mOutputStream = socket.getOutputStream();
            }
            ...
                mCallbackHandler.sendMessage(mCallbackHandler.obtainMessage(
                                        event.getCode(), event.getRawEvent()));
    // 收到流数据时，直接发给主线程，通过NetdCallbackReceiver 对象进行回调处理
    @Override
    public boolean handleMessage(Message msg) {
        String event = (String) msg.obj;
        try {
            if (!mCallbacks.onEvent(msg.what, event, NativeDaemonEvent.unescapeArgs(event))) {
                log(String.format(Unhandled event '%s', event));
            }
        } catch (Exception e) {
            loge(Error handling ' + event + ':  + e);
        }
        return true;
    }
    
    private LocalSocketAddress determineSocketAddress() {
        // If we're testing, set up a socket in a namespace that's accessible to test code.
        // In order to ensure that unprivileged apps aren't able to impersonate native daemons on
        // production devices, even if said native daemons ill-advisedly pick a socket name that
        // starts with __test__, only allow this on debug builds.
        if (mSocket.startsWith(__test__) && Build.IS_DEBUGGABLE) {
            return new LocalSocketAddress(mSocket);
        } else {
            return new LocalSocketAddress(mSocket, LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED);
        }
    }

我们接下来看一下LocalSocket相关的类，了解一下这个socket是如何connect和get的。 LocalSocket*相关的类定义在 frameworks/base/core/java/android/net/ |->LocalSocket.java
|->LocalSocketAddress.java |->LocalSocketImpl.java 这里重点看下LocalSocketImpl类，其中就可以看到大量的native函数了，也就是通过jni完成java到C++的交互，有些人可能会有疑问，既然这里使用jni调用了C++库函数，但是这里没有看到System.loadlibary字眼啊。通过jni的基础我们知道这里java类使用的jni名字应该是android_net_LocalSocket*样子的，那么在android工程代码中也确实存在这个名字的cpp文件，路径是frameworks/base/core/jni/。可以确认我们这里的java层就是调用这里的lib库了，而编译后我们知道这个库名为libandroid_runtime.so。那么这个库在哪里load的呢？下面简要提一下。我们知道android启动时，第一个进程init在解析init.rc时创建了app_process，app_process在创建zygote进程前首先建立dalvikvm虚拟机环境，初始化android runtime，这里就在C环境下预先加载了libandroid_runtime.so库。如下： frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
    REG_JNI(register_android_net_LocalSocketImpl),

了解了库加载的问题后，我们接着看LocalSocketImpl.java中使用的几个重要的函数：

connect()
getInputStream()
getOutputStream()

函数具体内容不具体贴出来，其中可以看到调用了本地方法如read_native(),writeba_native()等。我们就走到native的大门了。打开本地函数文件，看下native中本地函数列表。 frameworks/base/core/jni/android_net_LocalSocketImpl.cpp

static JNINativeMethod gMethods[] = {
     /* name, signature, funcPtr */
    {getOption_native, (Ljava/io/FileDescriptor;I)I, (void*)socket_getOption},
    {setOption_native, (Ljava/io/FileDescriptor;III)V, (void*)socket_setOption},
    {connectLocal, (Ljava/io/FileDescriptor;Ljava/lang/String;I)V,
                                                (void*)socket_connect_local},
    {bindLocal, (Ljava/io/FileDescriptor;Ljava/lang/String;I)V, (void*)socket_bind_local},
    {listen_native, (Ljava/io/FileDescriptor;I)V, (void*)socket_listen},
    {accept, (Ljava/io/FileDescriptor;Landroid/net/LocalSocketImpl;)Ljava/io/FileDescriptor;, (void*)socket_accept},
    {shutdown, (Ljava/io/FileDescriptor;Z)V, (void*)socket_shutdown},
    {available_native, (Ljava/io/FileDescriptor;)I, (void*) socket_available},
    {pending_native, (Ljava/io/FileDescriptor;)I, (void*) socket_pending},
    {read_native, (Ljava/io/FileDescriptor;)I, (void*) socket_read},
    {readba_native, ([BIILjava/io/FileDescriptor;)I, (void*) socket_readba},
    {writeba_native, ([BIILjava/io/FileDescriptor;)V, (void*) socket_writeba},
    {write_native, (ILjava/io/FileDescriptor;)V, (void*) socket_write},
    {getPeerCredentials_native,
            (Ljava/io/FileDescriptor;)Landroid/net/Credentials;,
            (void*) socket_get_peer_credentials}
    //,{getSockName_native, (Ljava/io/FileDescriptor;)Ljava/lang/String;,
    //        (void *) socket_getSockName}

};
int register_android_net_LocalSocketImpl(JNIEnv *env){}

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