Android 权限控制代码分析

前在文章介绍过android系统管理层次：http://blog.csdn.net/andyhuabing/article/details/7030212 ，这里就核心代码分析一下

android系统充分利用了linux的用户权限管理方法，所以如果需要移植到其它系统，这一块也是一个相当不小的工作量。那么android系统到底是如何使用这些的有利因素呢？

首先需要知道linux权限的两个基本知识：

1、 一个用户可以属于多个组.

2、 一个文件只能属于某个组。

这里主要是在AndroidManifest.xml中声明权限，主要是通过在AndroidManifest.xml中显示地声明应用程序需要的权限，防止应用程序错误的使用服务，不恰当访问资源。

Android中每种权限都用一个独立的标签表示.如：

    <uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK" />
    <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />
    <uses-permission android:name="android.permission.READ_PHONE_STATE" />
    <uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

当在安装(Install) 应用程序时，Android就会给予一个UID。这个UID可连结到该应用程序的 AndroidManifest.xml档案的内容。所User在安装你的应用程序时，在屏幕上的窗口里可以检视这个 AndroidManifest.xml档案的内容。在检视时，用户会看到你对应用程序的目的、权限等说明。当你接受这支程序的意图、权限说明之后，Android就安装它，并给它一个UID。万一在你的应用程序执行期间有越轨(企图做出非权限范围)的行为时，用户将会得到Android的警告讯息。

下面是两个安装程序安装时的界面

这两个应用其实代码是一样的，唯一的不同就是它们的AndroidManifest.xml，图2的AndroidManifest.xml中多了如下内容：

<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" />

<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

即需要使用存储设备和录音设备，在安装的时候，就会提示用户它需要的权限。Android里面是怎么去控制的呢？

在安装apk的时候，会解析这个AndroidManifest.xml，把相应的信息保存起来。

代码路径：frameworks\base\core\java\android\content\pm\PackageParser.java

最终调用的是private Package parsePackage(

        Resources res, XmlResourceParser parser, int flags, String[] outError)

这个函数，在里面对AndroidManifest.xml进行了解析，其中就有

    private Package parsePackage(
        Resources res, XmlResourceParser parser, int flags, String[] outError)
        throws XmlPullParserException, IOException {

       ... 

      String tagName = parser.getName();
      if (tagName.equals("application")) {
       ...
      } else if (tagName.equals("permission-group")) {
          if (parsePermissionGroup(pkg, res, parser, attrs, outError) == null) {
              return null;
          }
      } else if (tagName.equals("permission")) {
          if (parsePermission(pkg, res, parser, attrs, outError) == null) {
              return null;
          }
      } else if (tagName.equals("permission-tree")) {
          if (parsePermissionTree(pkg, res, parser, attrs, outError) == null) {
              return null;
          }
      } else if (tagName.equals("uses-permission")) {
          sa = res.obtainAttributes(attrs,
                  com.android.internal.R.styleable.AndroidManifestUsesPermission);

          // Note: don't allow this value to be a reference to a resource
          // that may change.
          String name = sa.getNonResourceString(
                  com.android.internal.R.styleable.AndroidManifestUsesPermission_name);

          sa.recycle();

          if (name != null && !pkg.requestedPermissions.contains(name)) {
              pkg.requestedPermissions.add(name.intern());
          }

          XmlUtils.skipCurrentTag(parser);
      }

     ...

   }

这里对它使用的权限进行了解析。

这里保存的都是"android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"这样的字符串，在解析完后，会调用grantPermissionsLP函数获取对应的group_id，

代码路径：frameworks\base\services\java\com\android\server\PackageManagerService.java

private void grantPermissionsLP(PackageParser.Package pkg, boolean replace) {
...
    if (allowed) {
        if (!gp.grantedPermissions.contains(perm)) {
            changedPermission = true;
            gp.grantedPermissions.add(perm);
            gp.gids = appendInts(gp.gids, bp.gids);
        } else if (!ps.haveGids) {
            gp.gids = appendInts(gp.gids, bp.gids);
        }
    } else {
        Slog.w(TAG, "Not granting permission " + perm
                + " to package " + pkg.packageName
                + " because it was previously installed without");
    }
                
...
}

这里把相应的组都保存到了gids中。

当应用程序启动的过程中会调用

private final void startProcessLocked(ProcessRecord app,

            String hostingType, String hostingNameStr)

代码路径：frameworks\base\services\java\com\android\server\am\ActivityManagerService.java

private final void startProcessLocked(ProcessRecord app,
        String hostingType, String hostingNameStr) {
...
    try {
        int uid = app.info.uid;
        int[] gids = null;
        try {
            gids = mContext.getPackageManager().getPackageGids(
                    app.info.packageName);
        } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
            Slog.w(TAG, "Unable to retrieve gids", e);
        }
        
...
    int pid = Process.start("android.app.ActivityThread",
          mSimpleProcessManagement ? app.processName : null, uid, uid,
          gids, debugFlags, null);        
}


这里就是获取前面保存的gids,再后面调用创建了一个新的进程，这里传的参数就有gids

创建新进程利用jni最终调用 forkAndSpecializeCommon 函数 (路径:\dalvik\vm\native\dalvik_system_Zygote.c)

static pid_t forkAndSpecializeCommon(const u4* args, bool isSystemServer)
{
    pid_t pid;


    uid_t uid = (uid_t) args[0];
    gid_t gid = (gid_t) args[1];
    ArrayObject* gids = (ArrayObject *)args[2];
    u4 debugFlags = args[3];
    ArrayObject *rlimits = (ArrayObject *)args[4];
    int64_t permittedCapabilities, effectiveCapabilities;
...
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        int err;
        /* The child process */
    
        err = setgroupsIntarray(gids);

        if (err < 0) {
            LOGE("cannot setgroups(): %s", strerror(errno));
            dvmAbort();
        }

        err = setrlimitsFromArray(rlimits);

        if (err < 0) {
            LOGE("cannot setrlimit(): %s", strerror(errno));
            dvmAbort();
        }


        err = setgid(gid);
        if (err < 0) {
            LOGE("cannot setgid(%d): %s", gid, strerror(errno));
            dvmAbort();
        }

        err = setuid(uid);
        if (err < 0) {
            LOGE("cannot setuid(%d): %s", uid, strerror(errno));
            dvmAbort();
        }        
        ...
}


我们看到在子进程里调用setgroupsIntarray设置该进程所属的组，这样它就拥有了该组的权限。也通过setgid及setuid决定了应用程序的uid及gid值。

举个例子：

我们新建一Android工程，读取其应用的uid/gid值,贴入如下代码：

try{

        java.lang.Process process = Runtime.getRuntime().exec("id");

        InputStream input = process.getInputStream();

        byte[] bytes = new byte[1204];

        int len;

        while((len = (input.read(bytes))) > 0)

        {

        System.out.print(new String(bytes, 0, len)); 

        }

        input.close();

这里运行运行linux的id命令的代码，id命令的功能是输出当前用户的uid，主要的group id和所在的group

在其AndroidManifest.xml添加如下权限：

    <uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

运行后看log里面有:

这里面就有groups=1015

再看下android_filesystem_config.h里面

代码路径：

system\core\include\private

有如下代码

#define AID_ROOT             0  /* traditional unix root user */

#define AID_SYSTEM        1000  /* system server */

#define AID_RADIO         1001  /* telephony subsystem, RIL */
#define AID_BLUETOOTH     1002  /* bluetooth subsystem */
#define AID_GRAPHICS      1003  /* graphics devices */

...

#define AID_WIFI          1010  /* wifi subsystem */
#define AID_ADB           1011  /* android debug bridge (adbd) */
#define AID_INSTALL       1012  /* group for installing packages */
#define AID_MEDIA         1013  /* mediaserver process */
#define AID_DHCP          1014  /* dhcp client */
#define AID_SDCARD_RW     1015  /* external storage write access */

再看下platform.xml

路径：frameworks\base\data\etc

有如下配置

<permission name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" >

        <group gid="sdcard_rw" />

</permission>

这样就把android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE 、"sdcard_rw"、以及 1015组关联起来了

我们再看下当sd卡挂载上去后目录的权限：

ls -l

drwxr-xr-x root     system            1970-01-01 08:00 obb

drwxr-xr-x root     system            1970-01-01 08:00 asec

drwx------ root     root              1970-01-01 08:00 secure

d---rwxr-x system   sdcard_rw          2012-03-29 17:11 sdcard

可以看到对于sd卡，组用户具有读写权限，而我们的应用也加入了这个组，这样它就可以操作sdcard了。

当一个应用需要操作sdcard而没有在AndroidManifest.xml添加相应的权限时，就不能成功完成。

以下是同一个程序，一个有在AndroidManifest.xml添加WRITE_EXTERNAL_STORAGE权限，一个没有，它们的对比，可以看到由于没有权限程序运行异常了。

对于管理权限的xml文件补充说明一下：

源代码中权限文件位于： frameworks\base\data\etc 下面，镜像生成在 system\etc\permissions\platform.xml中

文件权限读取点：

readPermissions @ PackageManagerService.java

    void readPermissions() {
        // Read permissions from .../etc/permission directory.
        File libraryDir = new File(Environment.getRootDirectory(), "etc/permissions");
        if (!libraryDir.exists() || !libraryDir.isDirectory()) {
            Slog.w(TAG, "No directory " + libraryDir + ", skipping");
            return;
        }
        if (!libraryDir.canRead()) {
            Slog.w(TAG, "Directory " + libraryDir + " cannot be read");
            return;
        }

        // Iterate over the files in the directory and scan .xml files
        for (File f : libraryDir.listFiles()) {
            // We'll read platform.xml last
            if (f.getPath().endsWith("etc/permissions/platform.xml")) {
                continue;
            }


            if (!f.getPath().endsWith(".xml")) {
                Slog.i(TAG, "Non-xml file " + f + " in " + libraryDir + " directory, ignoring");
                continue;
            }
            if (!f.canRead()) {
                Slog.w(TAG, "Permissions library file " + f + " cannot be read");
                continue;
            }

            readPermissionsFromXml(f);
        }

        // Read permissions from .../etc/permissions/platform.xml last so it will take precedence
        final File permFile = new File(Environment.getRootDirectory(),
                "etc/permissions/platform.xml");
        readPermissionsFromXml(permFile);
    }

platform.xml 的重要性在于：

<!-- This file is used to define the mappings between lower-level system
     user and group IDs and the higher-level permission names managed
     by the platform.


     Be VERY careful when editing this file!  Mistakes made here can open
     big security holes.
-->