CN112099923B - 一种运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，包括Dockdroid层以及各个Docker容器；Docker容器用于在HAL层中安装有安卓应用所需要的open GL ES库；Dockdroid层用于提供HAL层传输指令的高速通道以及open GL ES指令转换所需要的translator库。该Android虚拟化系统不需要转换指令，在宿主机提供安卓运行时库的支持：进程间通信机制Binder和匿名共享内存机制ashmem；通过修改binder驱动实现可支持多路binder设备；对Android的open GL ES系统进行重构，发挥GPU硬件资源优势，实现3D渲染和图形加速。

Description

一种运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统
技术领域
本发明涉及一种Android虚拟化系统，尤其是一种运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统。
背景技术
安卓模拟器是典型的虚拟机技术，模拟器的发展得益于手机游戏的火爆，绝大部分用户不满足现有手机的内存、网速、图形渲染等硬件条件限制，就催生了将手机应用移植到PC上的需求。虚拟机技术存在的问题包括：（1）安卓模拟器虽然支持安卓应用运行，但受制于平台，只支持Windows和Mac平台，不支持Linux平台，更不支持国产麒麟、飞腾平台；（2）虚拟机运行游戏等大型软件卡顿，资源开销大，频繁发生系统奔溃、不流畅等。
有了在PC上借助Android模拟器运行安卓应用的想法，就有用户提出直接在PC上运行Android应用的思路。在2009年，Yi Sun开始了将Android移植到x86-PC上的尝试，并基于Android 1.6推出了Android-x86 1.6，后来持续跟随Android的发展步伐，目前已发展到Android 10.x。Android x86系统定位的是x86-PC的BSP，并在Android x86的基础上扩展Android框架，基于Android为桌面PC提供不同于常规的操作使用环境。后面发展成一种面向x86的桌面操作系统，我们统称为Android-x86，国内知名产品包括RemixOS、PhoenixOS和EmindOS（openthus）均基于此技术实现。Android-x86技术存在的问题包括：（1）属于AOSP的扩展，不支持Linux应用，目前基于容器技术实现的还是安卓模拟器，系统性能受到巨大的影响；（2）硬件和软件库的兼容性问题。
发明内容
发明目的： 提供一种运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，能够在Linux操作系统上虚拟出完整的安卓运行环境，实现安卓应用无缝迁移到Linux平台上高效运行。
技术方案：本发明所述的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，包括Dockdroid层以及各个Docker容器；
Docker容器用于构建Android虚拟化系统，并在Android虚拟化系统的HAL层中安装有安卓应用所需要的open GL ES库；
Dockdroid层用于提供HAL层传输指令的高速通道以及open GL ES指令转换所需要的translator库；
在HAL层和Dockdroid层之间通过编号来标记指令，在HAL层传输指令时，指令的参数也一并通过高速通道传输到Dockdroid层中，Dockdroid层从高速通道中读取指令的编号和参数；
在Dockdroid层中设置有用于与mesa驱动交互的translator库，在translator库中设置有将open GL ES指令转换为mesa驱动可识别的open GL指令；
在Dockdroid层读取指令的编号和参数后，对读取的编号和指令进行解析，并根据解析结果调用translator库转换指令；
在HAL层调用Dockdroid层提供的open GL ES库时，由translator库将HAL层发送的open GL ES指令转化为显卡驱动的open GL指令，从而利用GPU进行加速。
进一步的，在Docker容器中启动进程利用Linux Namespace机制隔离出一部分系统资源，通过clone系统调用创建子进程并指定flags参数来标记共享/隔离的系统资源。
进一步的，flags参数包括主机名与域名隔离参数、消息与共享内存隔离参数、进程编号隔离参数、网络隔离参数、挂载点隔离参数以及用户与用户组隔离参数。
进一步的，Docker容器通过Linux Cgroups机制对进程资源限制、控制和统计，在启动Docker容器时加上CPU核数、内存大小以及网络带宽来实现资源的限制。
进一步的，各个Docker容器均对应有一个binder设备设置于宿主机中，binder设备通过对binder驱动进行修改生成；binder驱动修改点包括：修改驱动注册到内核为字符设备、添加设备保护锁、添加num_devices参数控制生成的设备数目、修改init_binder_device函数以及修改设备号。
进一步的，Docker容器是通过设备挂载方式将ashmem驱动以及binder驱动与宿主机进行映射。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：（1）支持国产麒麟、飞腾平台上虚拟安卓运行环境，由于麒麟、飞腾是armv8指令集，不需要转换指令，安卓应用直接无缝迁移，在宿主机提供安卓运行时库的支持：进程间通信机制Binder和匿名共享内存机制ashmem；（2）支持多路binder设备，linux内核binder驱动只能生成单个设备，通过修改binder驱动实现可支持200个binder设备；（3）使用docker容器拉起整个安卓镜像；（4）图形加速渲染，对Android的open GL ES系统进行重构，发挥GPU硬件资源优势，实现高效的3D渲染和图形加速。
附图说明
图1为本发明的系统框架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
如图1所示，本发明公开的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，包括Dockdroid层以及各个Docker容器；
Docker容器用于构建Android虚拟化系统，并在Android虚拟化系统的HAL层中安装有安卓应用所需要的open GL ES库；
Dockdroid层用于提供HAL层传输指令的高速通道以及open GL ES指令转换所需要的translator库；
在HAL层和Dockdroid层之间通过编号来标记指令，在HAL层传输指令时，指令的参数也一并通过高速通道传输到Dockdroid层中，Dockdroid层从高速通道中读取指令的编号和参数；
在Dockdroid层中设置有用于与mesa驱动交互的translator库，在translator库中设置有将open GL ES指令转换为mesa驱动可识别的open GL指令；
在Dockdroid层读取指令的编号和参数后，对读取的编号和指令进行解析，并根据解析结果调用translator库转换指令；
在HAL层调用Dockdroid层提供的open GL ES库时，由translator库将HAL层发送的open GL ES指令转化为显卡驱动的open GL指令，从而利用GPU进行加速。从而发挥GPU硬件资源优势，实现高效的3D渲染和图形加速。
进一步的，Docker容器依赖内核底层namespace和cgroup技术，在Docker容器中启动进程利用Linux Namespace机制隔离出一部分系统资源，通过clone系统调用创建子进程并指定flags参数来标记共享/隔离的系统资源。
进一步的，flags参数包括主机名与域名隔离参数、消息与共享内存隔离参数、进程编号隔离参数、网络隔离参数、挂载点隔离参数以及用户与用户组隔离参数。
进一步的，Docker容器通过Linux Cgroups机制对进程资源限制、控制和统计，在启动Docker容器时加上CPU核数、内存大小以及网络带宽等来实现资源的限制。
进一步的，标准的linux内核binder驱动默认只生成一个binder设备，不能满足多个容器的使用，为了使得各个Docker容器均对应有一个binder设备，通过对binder驱动进行修改生成多个binder设备一一对应。binder驱动修改点如下：（1）默认binder注册为杂项设备，修改驱动注册到内核为字符设备；（2）添加设备保护锁，避免资源的竞争导致；（3）添加num_devices参数，控制生成的设备数目；（4）修改init_binder_device函数，修改设备文件名为binder+设备编号的方式，binder1~binderN，使用cdev_init注册设备，cdev_add添加设备，device_register注册到内核中；（5）修改设备号，在飞腾机器中存在设备号占用的问题，避免设备不兼容。
进一步的，Docker容器是通过设备挂载方式将ashmem驱动以及binder驱动与宿主机进行映射。
本发明的有益效果在于：（1）支持国产麒麟、飞腾平台上虚拟安卓运行环境，由于麒麟、飞腾是armv8指令集，不需要转换指令，安卓应用直接无缝迁移，在宿主机提供安卓运行时库的支持：进程间通信机制Binder和匿名共享内存机制ashmem；（2）支持多路binder设备，linux内核binder驱动只能生成单个设备，通过修改binder驱动实现可支持200个binder设备；（3）使用docker容器拉起整个安卓镜像；（4）图形加速渲染，对Android的openGL ES系统进行重构，发挥GPU硬件资源优势，实现高效的3D渲染和图形加速。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，其特征在于：包括Dockdroid层以及各个Docker容器；
Docker容器用于构建Android虚拟化系统，并在Android虚拟化系统的HAL层中安装有安卓应用所需要的open GL ES库；
Dockdroid层用于提供HAL层传输指令的高速通道以及open GL ES指令转换所需要的translator库；
在HAL层和Dockdroid层之间通过编号来标记指令，在HAL层传输指令时，指令的参数也一并通过高速通道传输到Dockdroid层中，Dockdroid层从高速通道中读取指令的编号和参数；
在Dockdroid层中设置有用于与mesa驱动交互的translator库，在translator库中设置有将open GL ES指令转换为mesa驱动可识别的open GL指令；
在Dockdroid层读取指令的编号和参数后，对读取的编号和指令进行解析，并根据解析结果调用translator库转换指令；
HAL层调用Dockdroid层提供的open GL ES库时，由translator库将HAL层发送的openGL ES指令转化为mesa驱动的open GL指令，从而利用GPU进行加速。
2.根据权利要求1所述的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，其特征在于：在Docker容器中启动进程利用Linux Namespace机制隔离出一部分系统资源，通过clone系统调用创建子进程并指定flags参数来标记共享/隔离的系统资源。
3.根据权利要求2所述的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，其特征在于：flags参数包括主机名与域名隔离参数、消息与共享内存隔离参数、进程编号隔离参数、网络隔离参数、挂载点隔离参数以及用户与用户组隔离参数。
4.根据权利要求1所述的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，其特征在于：Docker容器通过Linux Cgroups机制对进程资源限制、控制和统计，在启动Docker容器时加上CPU核数、内存大小以及网络带宽来实现资源的限制。
5.根据权利要求1所述的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，其特征在于：各个Docker容器均对应有一个binder设备设置于宿主机中，binder设备通过对binder驱动进行修改生成；binder驱动修改点包括：修改驱动注册到内核为字符设备、添加设备保护锁、添加num_devices参数控制生成的设备数目、修改init_binder_device函数以及修改设备号。
6.根据权利要求1所述的运行于Linux操作系统上的Android虚拟化系统，其特征在于：Docker容器是通过设备挂载方式将ashmem驱动以及binder驱动与宿主机进行映射。
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