Android A/B system - bootctrl

Achitecture

在Android A/B System概述中有讲到A升B的一个例子。下面这张图是想说明两个问题：

• 启动的时候是如何知道要从A启动还是B启动？
• 升级的时候是如何要更新A还是B？

图中有两个流程，和涉及的一些模块：
模块：

• bootloader：启动的早期阶段，叫preloader/lk都行
• misc：单独的一块分区，存放启动的信息，也是今天研究的重点
• update_verifier：当前slot启动成功，会将当前的slot设置为successful，表示这个slot是可以成功启动的
• update_engine：Android负责升级流程的守护进程
• bootctrl HAL：google规定的HAL，各个IC厂商有自己的底层实现，是获取misc信息的软件接口

流程：

• boot flow
  • get active slot：读misc的信息，从而知道当前要从slot A启动还是slot B启动
  • mark slot successful：启动成功的时候，标记当前slot为successful
• update flow
  • trigger update and read update package
  • get current slot：获取当前slot，假设当前slot为A，那么要更新slot B；当前为B，那么要更新slot A
  • write data to another slot：更新
  • set active slot：更新完成以后，切换slot，则下次启动从更新的slot启动

misc

关于misc分区的内容，各个IC厂商各自有不同的结构，但核心思想是类似的，所以这里拿google的结构来分析。
重要的部分为红色标记的：

• active_slot：当前正在运行的slot
• slot_info：每个slot的信息（实际的产品实现不会这么简单）

/system/extras/boot_control_copy/bootinfo.h

typedef struct BrilloSlotInfo {
  uint8_t bootable : 1;
  uint8_t reserved[3];
} BrilloSlotInfo;

typedef struct BrilloBootInfo {
  // Used by fs_mgr. Must be NUL terminated.
  char bootctrl_suffix[4];

  // Magic for identification - must be 'B', 'C', 'c' (short for
  // "boot_control copy" implementation).
  uint8_t magic[3];

  // Version of BrilloBootInfo struct, must be 0 or larger.
  uint8_t version;

  // Currently active slot.
  uint8_t active_slot;

  // Information about each slot.
  BrilloSlotInfo slot_info[2];

  uint8_t reserved[15];
} BrilloBootInfo;

根据这个结构，bootinfo.cpp实现了对BrilloBootInfo进行存取操作的接口，这里的操作比较简单，这里就不去研究了。

/system/extras/boot_control_copy/bootinfo.cpp

• 存取操作
  • bool boot_info_load(BrilloBootInfo *out_info)
  • bool boot_info_save(BrilloBootInfo *info)
• 校验和复位操作
  • bool boot_info_validate(BrilloBootInfo* info)
  • void boot_info_reset(BrilloBootInfo* info)
• 指定分区的打开操作
  • int boot_info_open_partition(const char *name, uint64_t *out_size, int flags)

bootctrl

再来看对应bootctrl HAL接口的function是如何实现的

module_getCurrentSlot

   unsigned module_getCurrentSlot(boot_control_module_t *module)
    {
      struct stat statbuf;
      dev_t system_a_dev, system_b_dev;
    
      if (stat("/system", &statbuf) != 0) {
    fprintf(stderr, "WARNING: Error getting information about /system: %s\n",
            strerror(errno));
    return 0;
      }
    
      if (!get_dev_t_for_partition("system_a", &system_a_dev) ||
      !get_dev_t_for_partition("system_b", &system_b_dev))
    return 0;
    
      if (statbuf.st_dev == system_a_dev) {
    return 0;
      } else if (statbuf.st_dev == system_b_dev) {
    return 1;
      } else {
    fprintf(stderr, "WARNING: Error determining current slot "
            "(/system dev_t of %d:%d does not match a=%d:%d or b=%d:%d)\n",
            major(statbuf.st_dev), minor(statbuf.st_dev),
            major(system_a_dev), minor(system_a_dev),
            major(system_b_dev), minor(system_b_dev));
    return 0;
      }
    }

module_setActiveBootSlot

• 取出BrilloBootInfo的信息，并校验
• 设置active_slot为传入的slot
• 设置该slot为bootable
• 将对应分区的内容copy到boot中（这里是指partition有三份，boot/boot_a/boot_b，系统每次只从boot启动，这样是不符合A/B system的精神，如果boot启动失败，是不会去切换，那么A/B system的优势是没办法体现的）

   int module_setActiveBootSlot(boot_control_module_t *module, unsigned slot)
    {
      BrilloBootInfo info;
      int src_fd, dst_fd;
      uint64_t src_size, dst_size;
      char src_name[32];
    
      if (slot >= 2)
    return -EINVAL;
    
      if (!boot_info_load(&info)) {
    fprintf(stderr, "WARNING: Error loading boot-info. Resetting.\n");
    boot_info_reset(&info);
      } else {
    if (!boot_info_validate(&info)) {
      fprintf(stderr, "WARNING: boot-info is invalid. Resetting.\n");
      boot_info_reset(&info);
    }
      }
    
      info.active_slot = slot;
      info.slot_info[slot].bootable = true;
      snprintf(info.bootctrl_suffix,
           sizeof(info.bootctrl_suffix),
           "_%c", slot + 'a');
    
      if (!boot_info_save(&info)) {
    fprintf(stderr, "Error saving boot-info.\n");
    return -errno;
      }
    
      // Finally copy the contents of boot_X into boot.
      snprintf(src_name, sizeof(src_name), "boot_%c", slot + 'a');
      src_fd = boot_info_open_partition(src_name, &src_size, O_RDONLY);
      if (src_fd == -1) {
    fprintf(stderr, "Error opening \"%s\" partition.\n", src_name);
    return -errno;
      }
    
      dst_fd = boot_info_open_partition("boot", &dst_size, O_RDWR);
      if (dst_fd == -1) {
    fprintf(stderr, "Error opening \"boot\" partition.\n");
    close(src_fd);
    return -errno;
      }
    
      if (src_size != dst_size) {
    fprintf(stderr,
            "src (%" PRIu64 " bytes) and dst (%" PRIu64 " bytes) "
            "have different sizes.\n",
            src_size, dst_size);
    close(src_fd);
    close(dst_fd);
    return -EINVAL;
      }
    
      if (!copy_data(src_fd, dst_fd, src_size)) {
    close(src_fd);
    close(dst_fd);
    return -errno;
      }
    
      if (fsync(dst_fd) != 0) {
    fprintf(stderr, "Error calling fsync on destination: %s\n",
            strerror(errno));
    return -errno;
      }
    
      close(src_fd);
      close(dst_fd);
      return 0;
    }