Android从7.0开始引入新的OTA升级方式,A/B System Updates,这里将其叫做A/B系统。

A/B系统涉及的内容较多,分多篇对A/B系统的各个方面进行分析。本文为第一篇,概览。

1. A/B系统的特点

顾名思义,A/B系统就是设备上有AB两套可以工作的系统(用户数据只有一份,为两套系统共用),简单来讲,可以理解为一套系统分区,另外一套为备份分区。其系统版本可能一样;也可能不一样,其中一个是新版本,另外一个旧版本,通过升级,将旧版本也更新为新版本。当然,设备出厂时这两套系统肯定是一样的。

之所以叫套,而不是个,是因为Android系统不是由一个分区组成,其系统包括boot分区的kernel和ramdisk,systemvendor分区的应用程序和库文件,以及userdata分区的数据

A/B系统实现了无缝升级(seamless updates),有以下特点:

  • 出厂时设备上有两套可以正常工作的系统,升级时确保设备上始终有一个可以工作的系统,减少设备变砖的可能性,方便维修和售后。
  • OTA升级在Android系统的后台进行,所以更新过程中,用户可以正常使用设备,数据更新完成后,仅需要用户重启一次设备进入新系统
  • 如果OTA升级失败,设备可以回退到升级前的旧系统,并且可以尝试再次更新升级。

Android 7.0上传统OTA方式和新的A/B系统方式都存在,只是编译时只能选择其中的一种OTA方式。由于A/B系统在分区上与传统OTA的分区设计不一样,二者无法兼容,所以7.0以前的系统无法通过OTA方式升级为A/B系统。

啰嗦一下7.0以前传统的OTA方式:

设备上有一个Android主系统和一个Recovery系统,Android主系统运行时检测是否需要升级,如果需要升级,则将升级的数据包下载并存放到cache分区,重启系统后进入Recovery系统,并用cache分区下载好的数据更新Android主系统,更新完成后重新启动进入Android主系统。如果更新失败,设备重启后就不能正常使用了,唯一的办法就是重新升级,直到成功为止。

A/B系统主要由运行在Android后台的update_engine和两套分区‘slot A’‘slotB’组成。Android系统从其中一套分区启动,在后台运行update_engine监测升级信息并下载升级数据,然后将数据更新到另外一套分区,写入数据完成后从更新的分区启动。

与传统OTA方式相比,A/B系统的变化主要有:

  1. 系统的分区设置
    • 传统方式只有一套分区
    • A/B系统有两套分区,称为slot Aslot B
  2. 跟bootloader沟通的方式
    • 传统方式bootloader通过读取misc分区信息来决定是进入Android主系统还是Recovery系统
    • A/B系统的bootloader通过特定的分区信息来决定从slot A还是slot B启动
  3. 系统的编译过程
    • 传统方式在编译时会生成boot.imgrecovery.img分别用于Android主系统和Recovery系统的ramdisk
    • A/B系统只有boot.img,而不再生成单独的recovery.img
  4. OTA更新包的生成方式
    • A/B系统生成OTA包的工具和命令跟传统方式一样,但是生成内容的格式不一样了

由于内容较多,分多篇文章来详细分析整个A/B系统。

本文主要从分区和总体操作流程上来描述A/B系统,也可以参考Android官方对A/B系统的说明:"A/B System Updates"

2. A/B系统的分区

2.1 传统OTA的分区

传统OTA方式下的分区主要包括:

  • bootloader

    存放用于引导linux的bootloader

  • boot

    存放Android主系统的linux kernel文件和用于挂载system和其他分区的ramdisk

  • system

    Android主系统分区,包括Android的系统应用程序和库文件

  • vendor

    Android主系统分区,主要是包含开发厂商定制的一些应用和库文件,很多时候开发厂商也直接将这个分区的内容直接放入system分区

  • userdata

    用户数据分区,存放用户数据,包括用户安装的应用程序和使用时生成的数据

  • cache

    临时存放数据的分区,通常用于存放OTA的升级包

  • recovery

    存放Recovery系统的linux kernel文件和ramdisk

  • misc

    存放Android主系统和Recovery系统跟bootloader通信的数据

2.2 A/B系统的分区

  • bootloader

    存放用于引导linux的bootloader

  • boot_aboot_b

    分别用于存放两套系统各自的linux kernel文件和用于挂载system和其他分区的ramdisk

  • system_asystem_b

    Android主系统分区,分别用于存放两套系统各自的系统应用程序和库文件

  • vendor_avendor_b

    Android主系统分区, 分别用于存放两套系统各自的开发厂商定制的一些应用和库文件,很多时候开发厂商也直接将这个分区的内容直接放入system分区

  • userdata

    用户数据分区,存放用户数据,包括用户安装的应用程序和使用时生成的数据

  • misc或其他名字分区

    存放Android主系统和Recovery系统跟bootloader通信的数据,由于存放方式和分区名字没有强制要求,所以部分实现上保留了misc分区(代码中可见BrilloIntel的平台),另外部分实现采用其他分区存放数据(Broadcom机顶盒平台采用名为eio的分区)。

2.3 一张图比较传统分区和A/B系统分区

关于分区的区别,文字描述不够直观,采用图片清楚多了。

Legacy Partitions VS. A/B System Partitions

主要区别在于A/B系统:

  1. bootsystemvendor系统分区从传统的一套变为两套,叫做slot AslotB
  2. 不再需要cacherecovery分区
  3. misc分区不是必须

关于cachemisc分区:

  • 仍然有部分厂家保留cache分区,用于一些其他的用途,相当于temp文件夹,但不是用于存放下载的OTA数据。
  • 部分厂家使用misc分区存放Android系统同bootloader通信数据,另有部分厂家使用其它名字的分区存储这类数据。

3. A/B系统的状态

3.1 系统分区属性

对于A/B系统的slot Aslot B分区,其都存在以下三个属性:

  • active

    系统的活动分区标识,这是一个排他属性,系统只能有一个分区设置为active属性,启动时bootloader选取设置为active的分区进行启动。

  • bootable

    分区可启动标识,设置为bootable的分区表明该分区包含了一个完整的可以启动的系统。

  • successful

    分区成功运行标识,设置为successful的分区表明该分区在上一次启动或当前启动中可以正确运行。

3.2 系统的典型场景

典型的应用场景有以下4个(假定当前从B分区启动):

A/B System Example Scenarios

图中:

  • 当前运行的系统(current)用绿色方框表示,当前没有用的系统(unused)用灰色方框表示。
  • 属性标识为红色,表示该状态下相应属性被设置,标识为灰色标识该状态下属性没有设置或设置为相反属性,如:
    • active” 表示已经设置active属性,当前为活动分区;”active” 表示没有设置active属性
    • bootable” 表示已经设置bootable属性;”bootable
      表示设置为unbootable或没有设置bootable属性
    • successful” 表示已经设置successful属性,”successful” 表示没有设置successful属性

每个场景详细说明如下:

  1. 普通场景(Normal cases

    最常见的情形,例如设备出厂时,A分区和B分区都可以成功启动并正确运行,所以两个分区都设置为bootablesuccessful,但由于是从B分区启动,所以只有B分区设置为active

  2. 升级中(Update in progress

    B分区检测到升级数据,在A分区进行升级,此时将A分区标识为unbootable,另外清除successful标识;B分区仍然为activebootablesuccessful

  3. 更新完成,等待重启(Update applied, reboot pending

    B分区将A分区成功更新后,将A分区标识为bootable。另外,由于重启后需要从A分区启动,所以也需要将A分区设置为active,但是由于还没有验证过A分区是否能成功运行,所以不设置successful;B分区的状态变为bootablesuccessful,但没有active

  4. 从新系统成功启动(System rebooted into new update

    设备重启后,bootloader检测到A分区为active,所以加载A分区系统。进入A系统后如果能正确运行,需要将A分区标识为successful。对比第1个普通场景,A和B系统都设置为bootablesuccessful,但active从B分区切换到A分区。至此,B分区成功更新并切换到A分区,设备重新进入普通场景。

4. A/B系统的更新流程

整个A/B系统的升级更新在后台完成,升级中任何时间点都是可中断和可恢复的,相当于下载中的断点续传,更新操作对用户是透明的,在不影响用户操作的情况下完成升级。

设备可以设置数据下载、更新升级的场景和策略,例如:

  • 只有在WiFi连接时才下载数据
  • 电量较少时不下载数据、不进行更新
  • 用户没有活动时才进行数据下载和更新等

具体有哪些策略依赖于开发者和用户的设置。

<<未完,待续>>

Android A/B System OTA分析(一)概览
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