安卓系统增量升级探析与改进

张炎高

摘 要 Android最初是由Android Inc.开发的。2005年，谷歌收购了移动操作系统Android并在2007年首次向公众展示。2008年10月，Android正式发布了1.0版本，每个厂商都可以使用这个操作系统。Android作为一个开源操作系统被进一步开发广泛应用与手机、平板电脑和其他嵌入式设备。越来越多的中小企业，采用Android系统来开发产品。产品发布后，增加新功能、修补漏洞，都需要更新固件，随着功能的增加，Android系统的固件也越来越大，小小的修改却要升级整个固件，这不仅浪费网络资源，同时也增加了升级需要的时间，于是增量升级成为一种好的解决方法。

关键词 Android;安卓;OTA;增量升级;差分升级

1增量升级的原理

Android OTA升级分全量升级、增量升级（也叫差分升级）。增量升级，将旧版本固件与新版本固件进行比较，得到更新部分的补丁，并生成OTA升级zip压缩包。将OTA升级zip压缩包放到服务器上。设备连接到服务器，检查是否需要更新，需要更新则通过网络从服务器下载OTA升级zip压缩包到本地，重启进入recovery系统，通过应用补丁形式，完成boot、system分区的升级，完成boot、system分区的升级再次重启进入正常系统，正常系统启动过程中，以补丁形式完成recovery系统的升级。在recvoery系统中升级boot、system分区，在正常系统中升级recovery分区，这样可以保证正常系统与recovery系统至少有一个是可以正常工作的。增加了系统的健壮性[1]。

2增量升级不足之处

增量升级并非十全十美，存在不足之处。

（1）Android原生增量升级，升级包管理复杂。随着发布版本的增多，所需提供的增量升級包会越来越多。理论上，发布第n个版本时，需要提供n-1个增量升级包，才能满足现有用户通过一次升级，升级到版本n。否则用户需要升级多次才能升级到版本n。例如：当前处于第1个版本的用户，需要升级n-1次才能升级到第版本n，这将会是糟糕的用户体验。

（2）需要保留每个版本的中间文件，用于增量升级包的生成。小小的改动，也需要保留整个系统的中间文件，其中的大部分文件是冗余的。随着版本的增加，消耗的磁盘空间也会越来越大。

（3）实际应用中，固件对外发布后，系统层面的代码很少改动，主要修改是APP相关的修改。APP的小小修改，也需要重新编译整个Android系统，大大降低开发效率。

（4）不修改源码的情况下，全量升级只允许从编译时间较早的版本升级到编译时间较新的版本。增量升级则没有这个限制，实际应用中却有这样的限制需求[2]。

3增量升级改进

中小企业为了加快产品上市，往往会先发布一版相对稳定的固件，然后在实际应用过程中不断改进，版本迭代频繁。开发调试过程中，一天可能出几个调试版本固件，甚至更多。安卓系统原生的差分升级，在这样环境下的应用，不足之处就会更加突出。对此，进行改进，改进后的差分升级，对中小企业更加实用、高效。

3.1 固件打包方式修改

固件打包目录由编译好的kernel文件、root目录、recovery目录、system目录组成。root目录用于生成正常系统ramdisk.img（根文件系统一部分，与system组成Android的整个根文件系统），ramdisk.img与编译好的kernel生成boot.img。recovery目录用于生成recovery系统的ramdisk.img（一个小的根文件系统），再与编译好的kernel生成recovery.img。system目录，存放Android系统的文件及目录，用生成system.img。每个镜像增加镜像头，镜像头包含版本、大小、MD5校验和、版本兼容性等信息。增加固件头，包含boot system recovery的版本、MD5校验和、大小、偏移。固件头后是boot.img、recovery.img、system.img等镜像。system分区以文件或目录为单位为最小单元，在镜像文件头部存放system分区的文件列表，文件列表项由文件名（或目录）、MD5校验和、偏移、大小组成。改进后，打包与Android源码分离。这样只修改APP应用时无须重新编译Android源码，加快了固件发布。

3.2 升级数据下载改进

与原生的OTA升级下载整个OTA升级包不同，先下载固件头部分数据，比较固件头中的版本、MD5校验和信息。固件头中对应镜像的版本、MD5校验和都相同则无须下载此部分镜像，不同则继续下载镜像头进行比较。boot、recovery分区根据版本、MD5校验和比较结果进行下载，版本、MD5校验和相同，无须升级则不进行下载，否则下载固件中相应部分的数据，减少数据下载。system分区数据的下载，则进一步比较当前版本固件中system分区的文件列表与最新版本固件中system分区的文件列表，可以知道新版本固件system分区中哪些文件（或目录）是新增加的，哪些文件（或目录）需要删除的，哪些文件（或目录）需要修改的。只下载增加、修改的数据，记录删除的文件（或目录），就可以升级。增量升级数据的生成在设备端进行，这样不需要事先制作好2个版本间的增量升级包，服务器上只需发布完整的固件即可。固件版本的维护，相对简单。设备当前无论处于哪个固件版本，都可以通过一次更新升级到最新版本。system分区文件列表包含成千上万个文件或目录，为了加快比较速度，对本地文件列表根据文件名进行快速排序，然后对最新版本的system分区文件列表项，用2分查找法在本地文件列表中进行搜索，这样可以快速生成新增、修改、删除表。

3.3 数据升级

与Android原生系统一样，同样启动进recovery系统进行增量升级，不同改用挂载system分区，进行文件增加、删除。

4结束语

综上所述，改进后的差分升级方式，更易维护，更节省时间、空间，更适合中小企业快速迭代的需求。

参考文献

[1] 林学森.深入理解Android内核设计思想[M].北京：人民邮电出版社，2014：335.

[2] 佚名.android维基百科[ED/OL].https：//en.droidwiki.org/wiki/Android，2020-5-2.