Android A/B System OTA分析（一）概览

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A和B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，system和vendor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’和‘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 A和slot 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.img和recovery.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_a和boot_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_a和system_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_a和vendor_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Brillo和Intel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。

主要区别在于A/B系统：

1. boot，system和vendor系统分区从传统的一套变为两套，叫做slot A和slotB；
2. 不再需要cache和recovery分区
3. misc分区不是必须

关于cache和misc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 A和slot 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）：

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bootable和successful，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active，bootable和successful。

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bootable和successful，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bootable和successful，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。

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