在前面的文章中我们介绍了DroidPlugin的Hook机制,也就是代理方式和Binder Hook;插件框架通过AOP实现了插件使用和开发的透明性。在讲述DroidPlugin如何实现四大组件的插件化之前,有必要说明一下它对ActivityManagerServiche以及PackageManagerService的Hook方式(以下简称AMS,PMS)。
ActivityManagerService对于FrameWork层的重要性不言而喻,Android的四大组件无一不与它打交道:
startActivity
最终调用了AMS的startActivity
系列方法,实现了Activity的启动;Activity的生命周期回调,也在AMS中完成;startService,bindService
最终调用到AMS的startService和bindService方法;- 动态广播的注册和接收在
AMS
中完成(静态广播在PMS
中完成) getContentResolver
最终从AMS
的getContentProvider
获取到ContentProvider
而PMS
则完成了诸如权限校捡(checkPermission,checkUidPermission
),Apk meta信息获取(getApplicationInfo
等),四大组件信息获取(query
系列方法)等重要功能。
在上文Android插件化原理解析——Hook机制之Binder Hook中讲述了DroidPlugin的Binder Hook机制;我们知道AMS
和PMS
就是以Binder方式提供给应用程序使用的系统服务,理论上我们也可以采用这种方式Hook掉它们。但是由于这两者使用得如此频繁,Framework给他们了一些“特别优待”,这也给了我们相对于Binder Hook更加稳定可靠的hook方式。
阅读本文之前,可以先clone一份 understand-plugin-framework,参考此项目的ams-pms-hook
模块。另外,插件框架原理解析系列文章见索引。
AMS获取过程
前文提到Android的四大组件无一不与AMS
相关,也许读者还有些许疑惑;这里我就挑一个例子,依据Android源码来说明,一个简单的startActivity
是如何调用AMS
最终通过IPC到system_server的。
不论读者是否知道,我们使用startActivity
有两种形式:
- 直接调用
Context
类的startActivity
方法;这种方式启动的Activity没有Activity栈,因此不能以standard方式启动,必须加上FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK
这个Flag。 - 调用被
Activity
类重载过的startActivity
方法,通常在我们的Activity中直接调用这个方法就是这种形式;
Context.startActivity
我们查看Context
类的startActivity
方法,发现这竟然是一个抽象类;查看Context
的类继承关系图如下:
我们看到诸如Activity
,Service
等并没有直接继承Context
,而是继承了ContextWrapper
;继续查看ContextWrapper
的实现:
1 | @Override |
WTF!! 果然人如其名,只是一个wrapper而已;这个mBase
是什么呢?这里我先直接告诉你,它的真正实现是ContextImpl
类;至于为什么,有一条思路:mBase是在ContextWrapper构造的时候传递进来的,那么在ContextWrapper构造的时候可以找到答案
什么时候会构造ContextWrapper呢?它的子类Application
,Service
等被创建的时候。
可以在App的主线程AcitivityThread
的performLaunchActivit
方法里面找到答案;更详细的解析可以参考老罗的 Android应用程序启动过程源代码分析
好了,我们姑且当作已经知道Context.startActivity最终使用了ContextImpl里面的方法,代码如下:
1 | public void startActivity(Intent intent, Bundle options) { |
代码相当简单;我们知道了两件事:
- 其一,我们知道了在Service等非Activity的Context里面启动Activity为什么需要添加
FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK
; - 其二,真正的
startActivity
使用了Instrumentation
类的execStartActivity
方法;继续跟踪:
1 | public ActivityResult execStartActivity( |
到这里我们发现真正调用的是ActivityManagerNative
的startActivity
方法;如果你不清楚ActivityManager
,ActivityManagerService
以及ActivityManagerNative
之间的关系;建议先仔细阅读我之前关于Binder的文章 Binder学习指南。
Activity.startActivity
Activity类的startActivity
方法相比Context而言直观了很多;这个startActivity
通过若干次调用辗转到达startActivityForResult
这个方法,在这个方法内部有如下代码:
1 | Instrumentation.ActivityResult ar = |
可以看到,其实通过Activity和ContextImpl类启动Activity并无本质不同,他们都通过Instrumentation
这个辅助类调用到了ActivityManagerNative
的方法。
Hook AMS
OK,我们到现在知道;其实startActivity
最终通过ActivityManagerNative
这个方法远程调用了AMS
的startActivity
方法。那么这个ActivityManagerNative
是什么呢?
ActivityManagerNative实际上就是ActivityManagerService
这个远程对象的Binder代理对象;每次需要与AMS打交道的时候,需要借助这个代理对象通过驱动进而完成IPC调用。
我们继续看ActivityManagerNative
的getDefault()
方法做了什么:
1 | static public IActivityManager getDefault() { |
gDefault
这个静态变量的定义如下:
1 | private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() { |
由于整个Framework与AMS打交道是如此频繁,framework使用了一个单例把这个AMS
的代理对象保存了起来;这样只要需要与AMS
进行IPC调用,获取这个单例即可。这是AMS
这个系统服务与其他普通服务的不同之处,也是我们不通过Binder Hook的原因——我们只需要简单地Hook掉这个单例即可。
这里还有一点小麻烦:Android不同版本之间对于如何保存这个单例的代理对象是不同的;Android 2.x系统直接使用了一个简单的静态变量存储,Android 4.x以上抽象出了一个Singleton类;具体的差异可以使用grepcode
进行比较:差异
我们以4.x以上的代码为例说明如何Hook掉AMS
;方法使用的动态代理,如果有不理解的,可以参考之前的系列文章Android插件化原理解析——Hook机制之动态代理
1 | Class<?> activityManagerNativeClass = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative"); |
好了,我们hook成功之后启动Activity看看会发生什么:
1 | D/HookHelper﹕ hey, baby; you are hook!! |
可以看到,简单的几行代码,AMS
已经被我们完全劫持了!! 至于劫持了能干什么,自己发挥想象吧~
DroidPlugin关于AMS
的Hook,可以查看IActivityManagerHook
这个类,它处理了我上述所说的兼容性问题,其他原理相同。另外,也许有童鞋有疑问了,你用startActivity
为例怎么能确保Hook掉这个静态变量之后就能保证所有使用AMS
的入口都被Hook了呢?
答曰:无他,唯手熟尔。
Android Framewrok层对于四大组件的处理,调用AMS
服务的时候,全部都是通过使用这种方式;若有疑问可以自行查看源码。你可以从Context
类的startActivity, startService,bindService, registerBroadcastReceiver, getContentResolver 等等入口进行跟踪,最终都会发现它们都会使用ActivityManagerNative的这个AMS
代理对象来完成对远程AMS的访问。
PMS获取过程
PMS
的获取也是通过Context完成的,具体就是getPackageManager
这个方法;我们姑且当作已经知道了Context的实现在ContextImpl类里面,直奔ContextImpl
类的getPackageManager
方法:
1 | public PackageManager getPackageManager() { |
可以看到,这里干了两件事:
- 真正的
PMS
的代理对象在ActivityThread
类里面 ContextImpl
通过ApplicationPackageManager
对它还进行了一层包装
我们继续查看ActivityThread
类的getPackageManager
方法,源码如下:
1 | public static IPackageManager getPackageManager() { |
可以看到,和AMS
一样,PMS
的Binder代理对象也是一个全局变量存放在一个静态字段中;我们可以如法炮制,Hook掉PMS。
现在我们的目的很明切,如果需要Hook PMS
有两个地方需要Hook掉:
ActivityThread
的静态字段sPackageManager
- 通过Context类的
getPackageManager
方法获取到的ApplicationPackageManager
对象里面的mPM
字段。
Hook PMS
现在使用代理Hook应该是轻车熟路了吧,通过上面的分析,我们Hook两个地方;代码信手拈来:
1 | // 获取全局的ActivityThread对象 |
好了,Hook完毕我们验证以下结论;调用一下PMS
的getInstalledApplications
方法,打印日志如下:
1 | 03-07 15:07:27.187 8306-8306/com.weishu.upf.ams_pms_hook.app D/IActivityManagerHandler﹕ hey, baby; you are hook!! |
OK,我们又成功劫持了PackageManager
!!DroidPlugin 处理PMS的代码可以在IPackageManagerHook
查看。
在结束讲解PackageManager的Hook之前,我们需要说明一点;那就是Context
的实现类里面没有使用静态全局变量来保存PMS
的代理对象,而是每拥有一个Context
的实例就持有了一个PMS
代理对象的引用;所以这里有个很蛋疼的事情,那就是我们如果想要完全Hook住PMS
,需要精确控制整个进程内部创建的Context
对象;所幸,插件框架中,插件的Activity,Service,ContentProvider,Broadcast等所有使用到Context的地方,都是由框架控制创建的;因此我们要小心翼翼地替换掉所有这些对象持有的PMS
代理对象。
我前面也提到过,静态变量和单例都是良好的Hook点,这里很好地反证了这句话:想要Hook掉一个实例变量该是多么麻烦!
小结
写到这里,关于DroidPlugin的Hook技术的讲解已经完结了;我相信读者或多或少地认识到,其实Hook并不是一项神秘的技术;一个干净,透明的框架少不了AOP,而AOP也少不了Hook。
我所讲解的Hook仅仅使用反射和动态代理技术,更加强大的Hook机制可以进行字节码编织,比如J2EE广泛使用了cglib和asm进行AOP编程;而Android上现有的插件框架还是加载编译时代码,采用动态生成类的技术理论上也是可行的;之前有一篇文章Android动态加载黑科技 动态创建Activity模式,就讲述了这种方式;现在全球的互联网公司不排除有用这种技术实现插件框架的可能 ;我相信不远的未来,这种技术也会在Android上大放异彩。
了解完Hook技术之后,接下来的系列文章会讲述DroidPlugin对Android四大组件在插件系统上的处理,插件框架对于这一部分的实现是DroidPlugin的精髓,Hook只不过是工具而已。学习这部分内容需要对于Activity,Service,Broadcast以及ContentProvider的工作机制有一定的了解,因此我也会在必要的时候穿插讲解一些Android Framework的知识;我相信这一定会对读者大有裨益。
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