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GKI全称General Kernel Image。GKI在framework和kernel之间提供了标准接口使得android OS能够轻松适配/维护/兼容不同的设备和linux kernel。 Google引入GKI的目的是将Framework和Kernel进一步的解耦。因为android一直高度依赖linux kernel linux kernel一更新android系统就要跟着适配更新。google发步的安全patch也会因为kernel的版本而掣肘。
通用内核映像 (GKI) 项目通过统一核心内核并将 SoC 和板级支持从核心内核移至可加载模块中解决了内核碎片化问题。GKI 内核为内核模块提供了稳定的内核模块接口 (KMI)因此模块和内核可以独立进行更新。
内核碎片化带来的问题市面上的内核版本太多严重阻碍了Android的迭代更新具体描述如下
1. 安全更新需要耗费大量人力 Android 安全公告 (ASB) 中引用的安全补丁程序必须向后移植旧的android 系统到每个设备内核中。但是由于存在内核碎片化问题向正常使用的 Android 设备传播安全修复的代价非常之高。
2. 很难合并长期支持的更新 长期支持 (LTS) 版本包含安全修复和其他重大问题修复。事实证明使用最新的 LTS 版本是提供安全修复的最有效方式。我们发现ASB 报告的内核安全问题中有 90% 都已在保持最新状态的 Pixel 设备上得到修复。简单一句话打补丁不如升级OS
不过由于设备内核中所有的自定义修改很难仅将 LTS 修复合并到设备内核中。
3. 妨碍 Android 平台进行版本升级 由于碎片化问题很难向正常使用的设备添加需要更改内核的 Android 新功能。Android 框架代码必须假设支持的内核版本多达 5 个并且没有针对新的平台版本进行任何内核更改Android 10 支持内核版本 3.18、4.4、4.9、4.14 和 4.19在某些情况下这些版本自 2017 年 Android 8 发布以来还未添加新功能。
4. 很难将内核更改贡献回上游 Linux 对内核进行完所有更改后大多数旗舰设备附带的内核版本已经至少存在 18 个月了。例如kernel.org 于 2017 年 11 月发布了 4.14 版内核而首批使用 4.14 版内核的 Android 手机于 2019 年春季才发布新特性上推linux main branch就太晚了。
上游内核发布与产品发布之间的这种长时间延迟导致 Android 社区很难将所需的功能和驱动程序馈送到上游内核中因此解决碎片化问题并非易事。
于是就有了GKI项目大家还记得从Android8引入的Trible 机制吗也是Android将framwork和linux kernel解耦的一个项目。
总而言之无论是Android还是Apple OS 都是希望能够将自己的最新OS推送到尽可能多的设备上从而抢占市场分额
核心特性和目标如下
1. 基于 ACK 来源构建而成。(ACK , Android/Aosp common kernel,Android最上游代码 2. 是每个架构和每个 LTS 版本的单内核二进制文件以及关联的可加载模块目前只有适用于 android11-5.4 和 android12-5.4 的 arm64。 3.已经过关联 ACK 支持的所有 Android 平台版本的测试。在 GKI 内核版本的生命周期内不会发生功能弃用。 4. 为给定 LTS 中的驱动程序提供了稳定版 KMI。 5. 不包含 SoC 专用代码或板卡专用代码。这个很好理解不包含e.g specifc Qualcomm and Board code)。 Key features and goals of Android GKI include:
Stability稳定性: The GKI aims to maintain a stable ABIApplication Binary Interface//应用程序二进制接口, ensuring that the Android framework can work with different kernel versions without requiring modifications.
Compatibility兼容性: GKI enables Android to run on a wide range of devices with different kernel configurations, reducing fragmentation and enabling faster updates.
Portability可移植性: By abstracting Android from the underlying kernel, GKI simplifies the process of porting Android to new devices and adapting it to different kernel versions.
Security安全性: GKI facilitates the timely delivery of security patches通常是Google的安全性补丁 and updates by decoupling the Android framework from the kernel, allowing for more efficient patching processes. GKI可以更改吗
通常在开发中我们不修改而且其GKI镜像中的内容配置文件我们也不可以修改例如
../kernel_platform/msm-kernel/arch/arm64/configs/gki_defconfig
但是Android的官网也提供了修改的方法如下说明分别有三个方面再次提醒通常作为ODM是不改的Android(ACK) / Qualcomm(供应商内核 / ODM设备内核
1. 将新功能配置为 GKI 模块。
2. 将内置内核功能配置为 GKI 模块。
3. 将受保护的 GKI 模块转换为不受保护的模块。
以上三个类型的修改后面需要的时候可以进一步细看。有一个提醒就是无论哪个修改都必需需要提交更改以供审核。GKI 模块是 Android 专用内核功能因此无需在上游提交模块转换补丁。不过您必须按照其他准则提交 Android 通用内核 (ACK) 补丁。 什么是ACK简称AOSP Common Kernel应该是和LKML几乎一样的分支内容。官网的解释是
AOSP 通用内核也称为 Android 通用内核或ACK https://android.googlesource.com/kernel/common/ 是kernel.org内核的下游包含 Android 社区感兴趣的尚未合并到主线或长期支持 (LTS) 内核中的补丁。 官网对android-mainlin做简单介绍
android-mainline是 Android 功能的主要开发分支。每当 Linus Torvalds 发布版本或候选版本时Linux 主线就会合并到android-mainline中。 2019 年之前Android 通用内核是通过克隆最近声明的 LTSLong Time Support) 内核并添加 Android 特定补丁来构建的。这个过程在 2019 年发生了变化从android-mainline分支出新的 Android 通用内核。这种新模型通过逐步实现相同的结果避免了转发端口和测试 Android 补丁的大量工作。 android-mainline经过重要的持续测试该模型从发布之日起就确保了高质量的内核。
当上游声明一个新的 LTS 时相应的公共内核将从android-mainline分支出来。这允许合作伙伴在声明 LTS 版本之前通过从android-mainline合并来开始项目。创建新的通用内核分支后合作伙伴可以无缝地将合并源更改为新分支。
其他常见的内核分支从其关联的LTS 内核接收定期合并。这些合并通常在 LTS 版本发布后立即完成。例如当 Linux 4.19.64 发布时它被合并到 4.19 通用内核中例如android-4.19-q 。强烈鼓励合作伙伴(Qualcomm ? MTK?) 定期将通用内核(GKI)合并到其产品内核中以及时了解 LTS 和 Android 特定错误修复的最新情况Qualcomm 会不定期的去合并Android的通用内核补丁。 所以想给ACK 提交补丁一定是要经过严格省查的。所以作为ODM开发中通常不会这么做。对处理器/个别电子器件精通的内核维护者通常能够给linux内核提交patch那也绝对是行业大牛通常ODM开发内核中的驱动我们通常需要定义在自己的config文件中并且是一m的形式进行编译。开机过程中需要进行动态加载的。这个是目前GKI2.0的基本要求。 官网对GKI KMI内核分支介绍
GKI 内核具有稳定的内核模块接口。 KMI (内核模块接口由内核版本和 Android 平台版本唯一标识因此分支被命名为androidRelease-kernel version 。例如Android 11 的 5.4 GKI 内核名为android11-5.4.对于 Android 12还有两个额外的 GKI 内核 android12-5.4和android12-5.10 。kernel_platform/msm-kernel/Makefile. 我的高通平台是从Android 12 launch的。 也就是说Android发布时候会绑定对应的linux kernel版本目的是提供一个固定KMI。后续开发者可以根据KMI中的接口进行对应的内核开发。 从 Android 12 开始功能内核将少于启动内核以限制功能内核的数量必须支持的稳定 KMI。
简单看下KMI的时间线 每个 ACK KMI 分支都会循环经历三个阶段: 例如android12-5.10
开发阶段
创建后ACK KMI 我理解这是一个kernel分支GKI则是对应的内核镜像分支进入开发阶段图 2 中的dev 并开放为下一个 Android 平台版本提供功能贡献。当 5.10 被声明为新的上游 LTS 内核时创建了android12-5.10 。内核版本的第二个 ACK KMI 分支可能会提前创建以允许后续版本的开发。android13-5.10是在android12-5.10过渡出开发阶段时创建的。
稳定阶段
当 ACK KMI 分支声明功能完成时它会进入稳定阶段在图 2 中标记为稳定阶段。合作伙伴功能和错误修复仍然被接受(合作伙伴e.g Qualcomm)但启用了 KMI 跟踪以检测影响接口的任何更改。在此阶段会接受破坏 KMI 的更改但必须根据需要更新 KMI 定义。有关 KMI 监控的详细信息请参阅GKI 概述。
冷冻阶段
在将新平台版本推送到 AOSP 之前ACK KMI 分支会被冻结并在分支的生命周期内保持冻结状态。这意味着除非发现严重的安全问题且无法在不影响稳定 KMI 的情况下缓解否则不会接受任何破坏 KMI 的更改。为了避免 KMI 损坏如果 Android 设备不需要修复则可能会修改或删除从 LTS 合并的一些补丁。 GKI1.0的情况这里就不多解释有个核心的要求是GKI 1.0 不要求供应商模块可卸载可以y。
我们看看GKI2.0的情况下
GKI 2.0 - GKI 产品 搭载 Android S (2021) 平台版本且使用内核版本 v5.x5.x 是 2020 年年底被选为 LTS 的内核版本或更高版本的设备必须附带 GKI 内核(将提供已签名的启动映像并通过 LTS 和重大问题修复定期对其进行更新。由于 KMI 将保持二进制稳定性因此无需对供应商映像进行任何更改即可安装这些启动映像。
GKI 2.0 的目标 1. 不为 GKI 引入明显的性能或能效降低问题。 2. 使 OEM 无需供应商参与即可提供内核安全修复和问题修复 (LTS)。是说OEM直接从Google 获取补丁而不用从e.g Qualcomm获取 3. 降低更新设备主要内核版本例如将 v5.x 更新为 v5.y所需的费用。通常我们的升级直接从Qualcomm拉代码 4. 通过按照清晰的升级过程更新内核版本只为每个架构例如Qualcomm6490 Armv7 架构维护一个 GKI 内核二进制文件。 开发有关 GKI2.0 下的内核开发首先要注意需要遵循GKI2.0中要求的ABI接口检查目的是你不能更改KMI中的接口。这个部分可以在编译中进行检查。
详细的说明如下ABI检查如下
ABI 工具使用 KMI 符号列表来限制必须监控哪些接口以实现稳定性。主符号列表包含 GKI 内核模块所需的符号。供应商应提交并更新其他符号列表以确保其依赖的接口保持 ABI 兼容性。
符号列表包含报告的特定供应商或设备所需的符号。工具使用的完整列表是所有 KMI 符号列表文件的并集。ABI 工具会确定每个符号的详细信息包括函数签名和嵌套数据结构。
当 KMI 被冻结时不允许对现有 KMI 接口进行任何更改它们是稳定的。
当有补丁改动了KMI 接口或者数据结构例如include/linux/mmxx.h)应用此补丁后再次运行 build ABI 时该工具会退出同时显示非零错误代码并报告ABI错误。例如 Leaf changes summary: 1 artifact changedChanged leaf types summary: 1 leaf type changedRemoved/Changed/Added functions summary: 0 Removed, 0 Changed, 0 Added functionRemoved/Changed/Added variables summary: 0 Removed, 0 Changed, 0 Added variablestruct mm_struct at mm_types.h:372:1 changed:type size changed from 6848 to 6912 (in bits)there are data member changes:[...]
最常见的错误原因是驱动程序使用了内核中不在符号列表中的新符号。目前我使用的符号表是hon4490-android14-vendor/kernel_platform/common/android/abi_gki_aarch64_qcom当出现问题时第一时间检查该接口是否在符号列表中。 最后新的设备驱动是需要单独配置到kernel configure中而且必需以m的形式进行这是GKI2.0的标准要求。 举个例子
例如需要往内核中添加一个新的设备驱动Touch的驱动。
1. 修改上一层目录中的Kconfig/Makefile添加驱动编译规则例如
obj-$(CONFIG_TOUCHSCREEN_ATMEL_MAXTOUCH_TS) xxx.o
那么同样需要将CONFIG_TOUCHSCREEN_ATMEL_MAXTOUCH_TS编译选项添加到整个内核的编译配置中才能够在编译内核的时候进行编译。
这里使用到的就是 configs/vendor/xxx_GKI.config 添加CONFIG_TOUCHSCREEN_ATMEL_MAXTOUCH_TSm的编译配置。其实同样可以添加到configs/vendor/xxx_consolidate.config。这里的区别是什么原来xxx_consolidate.config是编译userdebug时候被包含的配置文件。 那关于GKI2.0的大概历史就是这样相关的开发注意事项需要结合开发过程进行深化理解。 实干出真知
