簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)Android SO 文件

附上官網(wǎng)權(quán)威說(shuō)明：https://developer.android.com/ndk/guides/abis?hl=zh-cn

現(xiàn)有的CPU架構(gòu)類型

開(kāi)發(fā)Android應(yīng)用時(shí)，有時(shí)候Java層的編碼不能滿足實(shí)現(xiàn)需求，就需要到C/C++實(shí)現(xiàn)后生成SO文件，再用System.loadLibrary()加載進(jìn)行調(diào)用，這里成為JNI層的實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的場(chǎng)景如：加解密算法，音視頻編解碼等。在生成SO文件時(shí)，需要考慮適配市面上不同手機(jī)CPU架構(gòu)，而生成支持不同平臺(tái)的SO文件進(jìn)行兼容。目前Android共支持七種不同類型的CPU架構(gòu)，分別是：ARMv5，ARMv7 (從2010年起)，x86 (從2011年起)，MIPS (從2012年起)，ARMv8，MIPS64和x86_64 (從2014年起)。

現(xiàn)有的常用ABI

應(yīng)用程序二進(jìn)制接口（Application Binary Interface）定義了其所對(duì)應(yīng)的CPU架構(gòu)能夠執(zhí)行的二進(jìn)制文件（特別是.so文件）的格式規(guī)范。在Android系統(tǒng)上，不同 Android 手機(jī)使用不同的 CPU，因此支持不同的指令集。CPU 與指令集的每種組合都有其自己的應(yīng)用二進(jìn)制界面（或 ABI）。 ABI 可以非常精確地定義應(yīng)用的機(jī)器代碼在運(yùn)行時(shí)如何與系統(tǒng)交互。 您必須為應(yīng)用要使用的每個(gè) CPU 架構(gòu)指定 ABI：armeabi，armeabi-v7a，x86，mips，arm64-v8a，mips64，x86_64【1】。

典型的 ABI 包含以下信息：

  • 機(jī)器代碼應(yīng)使用的 CPU 指令集。
  • 運(yùn)行時(shí)內(nèi)存存儲(chǔ)和加載的字節(jié)順序。
  • 可執(zhí)行二進(jìn)制文件（例如程序和共享庫(kù)）的格式，以及它們支持的內(nèi)容類型。
  • 用于解析內(nèi)容與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的各種約定。這些約定包括對(duì)齊限制，以及系統(tǒng)如何使用堆棧和在調(diào)用函數(shù)時(shí)注冊(cè)。
  • 運(yùn)行時(shí)可用于機(jī)器代碼的函數(shù)符號(hào)列表 - 通常來(lái)自非常具體的庫(kù)集。
  • 支持一個(gè)或多個(gè)指令集。

SO（CPU）的兼容

每一個(gè)CPU架構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)ABI，一個(gè)cpu屬于某一種架構(gòu)，多核cpu需要屬于相同架構(gòu)才能一起工作,很多設(shè)備僅支持一種的CPU架構(gòu)。

如果你要完美兼容所有類型的手機(jī)，理論上是要在的libs目錄下放置各個(gè)架構(gòu)平臺(tái)的SO文件。

1.png

這樣一寫(xiě)，雖然可以兼容所有機(jī)型，但你的項(xiàng)目體積也會(huì)變得非常龐大。是否一定需要帶入這么多SO文件去兼容呢？答案是否定的。

對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，不同的架構(gòu)并不意味著一定互不兼容，根據(jù)目前Android共支持七種不同類型的CPU架構(gòu)，其兼容特點(diǎn)可總結(jié)如下：

armeabi設(shè)備只兼容armeabi；
armeabi-v7a設(shè)備兼容armeabi-v7a、armeabi；
arm64-v8a設(shè)備兼容arm64-v8a、armeabi-v7a、armeabi；
X86設(shè)備兼容X86、armeabi；
X86_64設(shè)備兼容X86_64、X86、armeabi；
mips64設(shè)備兼容mips64、mips；
mips只兼容mips；

根據(jù)以上的兼容總結(jié)，我們還可以得到一些規(guī)律：

  • armeabi的SO文件基本上可以說(shuō)是萬(wàn)金油，它能運(yùn)行在除了mips和mips64的設(shè)備上，但在非armeabi設(shè)備上運(yùn)行性能還是有所損耗；
  • 64位的CPU架構(gòu)總能向下兼容其對(duì)應(yīng)的32位指令集，如：x86_64兼容X86，arm64-v8a兼容armeabi-v7a，mips64兼容mips；

.so文件的相關(guān)注意事項(xiàng)

SO的適配

當(dāng)一個(gè)應(yīng)用安裝在設(shè)備上，只有該設(shè)備支持的CPU架構(gòu)對(duì)應(yīng)的.so文件會(huì)被安裝。在x86設(shè)備上，libs/x86目錄中如果存在.so文件的話，會(huì)被安裝，如果不存在，則會(huì)選擇armeabi-v7a中的.so文件，如果也不存在，則選擇armeabi目錄中的.so文件（因?yàn)閤86設(shè)備也支持armeabi-v7a和armeabi）。

從目前移動(dòng)端CPU市場(chǎng)的份額數(shù)據(jù)看，ARM架構(gòu)幾乎壟斷，所以，除非你的用戶很特殊，否則幾乎可以不考慮單獨(dú)編譯帶入X86、X86_64、mips、mips64架構(gòu)SO文件。除去這四個(gè)架構(gòu)之后，還要帶入armeabi、armeabi-v7a、arm64-v8a這三個(gè)不同類型，這對(duì)于一個(gè)擁有大量SO文件的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，安裝包的體積將會(huì)增大不少。

針對(duì)以上情況，我們可以應(yīng)用的設(shè)備分布和市場(chǎng)情況再進(jìn)行取舍斟酌，如果你的應(yīng)用仍有不少armeabi類型的設(shè)備，可以考慮只保留armeabi目錄下的SO文件（萬(wàn)金油特性）。但是，盡管armeabi可以兼容多種平臺(tái)，仍有些運(yùn)算在armeabi-v7a、arm64-v8a，去使用armeabi的SO文件時(shí)，性能會(huì)非常差強(qiáng)人意，所以還是應(yīng)該用其對(duì)應(yīng)平臺(tái)架構(gòu)的SO文件進(jìn)行運(yùn)算。

注意：
這里并不是要帶多一整套SO文件到不同的目錄下，而是將性能差異比較明顯的某個(gè)armeabi-v7a、arm64-v8a平臺(tái)下的SO文件放到armeabi目錄，然后通過(guò)代碼判斷設(shè)備的CPU類型，再加載其對(duì)應(yīng)架構(gòu)的SO文件，很多大廠的應(yīng)用便是這么做的。你應(yīng)該盡可能的提供專為每個(gè)ABI優(yōu)化過(guò)的.so文件，但要么全部支持，要么都不支持：你不應(yīng)該混合著使用。你應(yīng)該為每個(gè)ABI目錄提供對(duì)應(yīng)的.so文件。
如微信的lib下雖然只有armeabi一個(gè)目錄，但目錄內(nèi)的文件仍放著v5、v7a架構(gòu)的SO文件，用于處理兼容帶來(lái)的某些性能運(yùn)算問(wèn)題。

2.png

總結(jié)
就目前市場(chǎng)份額而言，絕大部分的設(shè)備都已經(jīng)是armeabi-v7a、arm64-v8a，你也可以考慮只保留armeabi-v7a架構(gòu)的SO文件，這樣能獲得更好的性能效果。性能差異比較明顯加入單的的so文件并在代碼中去判斷。

引入.so文件的錯(cuò)誤

當(dāng)你引入一個(gè).so文件時(shí)，不止影響到CPU架構(gòu)。從其他開(kāi)發(fā)者那里可以看到一系列常見(jiàn)的錯(cuò)誤，其中最多的是"UnsatisfiedLinkError"，"dlopen: failed"以及其他類型的crash或者低下的性能：

1. 使用android-21平臺(tái)版本編譯的.so文件運(yùn)行在android-15的設(shè)備上

使用NDK時(shí)，你可能會(huì)傾向于使用最新的編譯平臺(tái)，但事實(shí)上這是錯(cuò)誤的，因?yàn)镹DK平臺(tái)不是后向兼容的，而是前向兼容的。推薦使用app的minSdkVersion對(duì)應(yīng)的編譯平臺(tái)。

這也意味著當(dāng)你引入一個(gè)預(yù)編譯好的.so文件時(shí)，你需要檢查它被編譯所用的平臺(tái)版本。

2. 混合使用不同C++運(yùn)行時(shí)編譯的.so文件

.so文件可以依賴于不同的C++運(yùn)行時(shí)，靜態(tài)編譯或者動(dòng)態(tài)加載?；旌鲜褂貌煌姹镜腃++運(yùn)行時(shí)可能導(dǎo)致很多奇怪的crash，是應(yīng)該避免的。作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，當(dāng)只有一個(gè).so文件時(shí)，靜態(tài)編譯C++運(yùn)行時(shí)是沒(méi)問(wèn)題的，否則當(dāng)存在多個(gè).so文件時(shí)，應(yīng)該讓所有的.so文件都動(dòng)態(tài)鏈接相同的C++運(yùn)行時(shí)。

這意味著當(dāng)引入一個(gè)新的預(yù)編譯.so文件，而且項(xiàng)目中還存在其他的.so文件時(shí)，我們需要首先確認(rèn)新引入的.so文件使用的C++運(yùn)行時(shí)是否和已經(jīng)存在的.so文件一致。

3. 沒(méi)有為每個(gè)支持的CPU架構(gòu)提供對(duì)應(yīng)的.so文件

這一點(diǎn)在前文已經(jīng)說(shuō)到了，但你應(yīng)該真的特別注意它，因?yàn)樗赡馨l(fā)生在根本沒(méi)有意識(shí)到的情況下。

例如：你的app支持armeabi-v7a和x86架構(gòu)，然后使用Android Studio新增了一個(gè)函數(shù)庫(kù)依賴，這個(gè)函數(shù)庫(kù)包含.so文件并支持更多的CPU架構(gòu)，例如新增android-gif-drawable函數(shù)庫(kù)：

compile ‘pl.droidsonroids.gif:android-gif-drawable:1.1.+’

發(fā)布我們的app后，會(huì)發(fā)現(xiàn)它在某些設(shè)備上會(huì)發(fā)生Crash，例如Galaxy S6，最終可以發(fā)現(xiàn)只有64位目錄下的.so文件被安裝進(jìn)手機(jī)。

解決方案：重新編譯我們的.so文件使其支持缺失的ABIs，或者設(shè)置

ndk.abiFilters

顯示指定支持的ABIs。

注意事項(xiàng)：如果你是一個(gè)SDK提供者，但提供的函數(shù)庫(kù)不支持所有的ABIs，那你將會(huì)搞砸你的用戶，因?yàn)樗麄兡苤С值腁BIs必將只能少于你提供的。

4. 將.so文件放在錯(cuò)誤的地方

我們往往很容易對(duì).so文件應(yīng)該放在或者生成到哪里感到困惑，下面是一個(gè)總結(jié)：

  • Android Studio工程放在jniLibs/ABI目錄中（當(dāng)然也可以通過(guò)在build.gradle文件中的設(shè)置jniLibs.srcDir屬性自己指定）
  • Eclipse工程放在libs/ABI目錄中（這也是ndk-build命令默認(rèn)生成.so文件的目錄）
  • AAR壓縮包中位于jni/ABI目錄中（.so文件會(huì)自動(dòng)包含到引用AAR壓縮包的APK中）
  • 最終APK文件中的lib/ABI目錄中
    通過(guò)PackageManager安裝后，在小于Android 5.0的系統(tǒng)中，.so文件位于app的nativeLibraryPath目錄中；在大于等于Android 5.0的系統(tǒng)中，.so文件位于app的nativeLibraryRootDir/CPU_ARCH目錄中。

5. 只提供armeabi架構(gòu)的.so文件而忽略其他ABIs的

如前文提到的，所有的x86/x86_64/armeabi-v7a/arm64-v8a設(shè)備都支持armeabi架構(gòu)的.so文件，因此似乎移除其他ABIs的.so文件是一個(gè)減少APK大小的好技巧。但事實(shí)上并不是：這不只影響到函數(shù)庫(kù)的性能和兼容性。

x86設(shè)備能夠很好的運(yùn)行ARM類型函數(shù)庫(kù)，但并不保證100%不發(fā)生crash，特別是對(duì)舊設(shè)備。64位設(shè)備（arm64-v8a, x86_64, mips64）能夠運(yùn)行32位的函數(shù)庫(kù)，但是以32位模式運(yùn)行，在64位平臺(tái)上運(yùn)行32位版本的ART和Android組件，將丟失專為64位優(yōu)化過(guò)的性能（ART，webview，media等等）。

以減少APK包大小為由是一個(gè)錯(cuò)誤的借口，因?yàn)槟阋部梢赃x擇在應(yīng)用市場(chǎng)上傳指定ABI版本的APK，生成不同ABI版本的APK可以在build.gradle中如下配置：

android {
    ... 
    splits {
        abi {
            enable true
            reset()
            include 'x86', 'x86_64', 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a' //select ABIs to build APKs for
            universalApk true //generate an additional APK that contains all the ABIs
        }
    }

    // map for the version code
    project.ext.versionCodes = ['armeabi': 1, 'armeabi-v7a': 2, 'arm64-v8a': 3, 'mips': 5, 'mips64': 6, 'x86': 8, 'x86_64': 9]

    android.applicationVariants.all { variant ->
        // assign different version code for each output
        variant.outputs.each { output ->
            output.versionCodeOverride =
                    project.ext.versionCodes.get(output.getFilter(com.android.build.OutputFile.ABI), 0) * 1000000 + android.defaultConfig.versionCode
        }
    }
 }

附錄：

【1】

3.png

armeabi
此 ABI 適用于基于 ARM、至少支持 ARMv5TE 指令集的 CPU。 請(qǐng)參閱以下文檔了解詳情：

AAPCS 標(biāo)準(zhǔn)將 EABI 定義為類似但不同 ABI 的系列。 此外，Android 還采用小字節(jié)序 ARM GNU/Linux ABI。
此 ABI 不支持硬件輔助的浮點(diǎn)計(jì)算。 相反，所有浮點(diǎn)運(yùn)算都使用編譯器 libgcc.a
靜態(tài)庫(kù)中的軟件幫助程序函數(shù)。
armeabi ABI 支持 ARM 的 Thumb（亦稱 Thumb-1）指令集。NDK 默認(rèn)生成 Thumb 代碼，除非您在 Android.mk 文件中使用 LOCAL_ARM_MODE變量指定不同的行為。

armeabi-v7a
此 ABI 可擴(kuò)展 armeabi 以包含多個(gè) CPU 指令集擴(kuò)展。 此 Android 特定 ABI 支持的指令擴(kuò)展包括：

  • Thumb-2 指令集擴(kuò)展，其性能堪比 32 位 ARM 指令，簡(jiǎn)潔性類似于 Thumb-1。
  • VFP 硬件 FPU 指令。更具體一點(diǎn)，包括 VFPv3-D16，它除了 ARM 核心中的 16 個(gè) 32 位寄存器之外，還包含 16 個(gè)專用 64 位浮點(diǎn)寄存器。

v7-a ARM 規(guī)格描述的其他擴(kuò)展，包括 高級(jí) SIMD（亦稱 NEON）、VFPv3-D32 和 ThumbEE，都是此 ABI 可選的。 由于不能保證它們存在，因此系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)應(yīng)檢查擴(kuò)展是否可用。 如果不可用，則必須使用替代代碼路徑。此檢查類似于系統(tǒng)在檢查或使用 MMX、SSE2 及 x86 CPU 上其他專用指令集時(shí)所執(zhí)行的檢查。

如需了解有關(guān)如何執(zhí)行這些運(yùn)行時(shí)檢查的信息，請(qǐng)參閱 cpufeatures
庫(kù)。另外，有關(guān) NDK 支持為 NEON 構(gòu)建機(jī)器代碼的信息，請(qǐng)參閱 NEON 支持。

armeabi-v7a ABI 使用 -mfloat-abi=softfp開(kāi)關(guān)強(qiáng)制實(shí)施規(guī)則，要求編譯器在函數(shù)調(diào)用時(shí)必須傳遞核心寄存器對(duì)中的所有雙精度值，而不是專用浮點(diǎn)值。 系統(tǒng)可以使用 FP 寄存器執(zhí)行所有內(nèi)部計(jì)算。 這樣可極大地加速計(jì)算。

arm64-v8a
此 ABI 適用于基于 ARMv8、支持 AArch64 的 CPU。它還包含 NEON 和 VFPv4 指令集。
如需了解詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 ARMv8 技術(shù)預(yù)覽，并聯(lián)系 ARM 了解進(jìn)一步的詳細(xì)信息。

x86
此 ABI 適用于支持通常稱為“x86”或“IA-32”的指令集的 CPU。 此 ABI 的特性包括：

  • 指令一般由具有編譯器標(biāo)志的 GCC 生成，如下所示：
-march=i686 -mtune=intel -mssse3 -mfpmath=sse -m32

這些標(biāo)志指向 Pentium Pro 指令集，伴隨 MMX、SSE、SSE2、SSE3 及 SSSE3 指令集擴(kuò)展。生成的代碼在頂層 Intel 32 位 CPU 之間進(jìn)行了均衡優(yōu)化。
如需了解有關(guān)編譯器標(biāo)志的詳細(xì)信息，特別是與性能優(yōu)化相關(guān)的信息，請(qǐng)參閱 GCC x86 性能提示。

ABI 不含任何其他可選的 IA-32 指令集擴(kuò)展，例如：

  • MOVBE
  • SSE4 的任何變體。

您仍可使用這些擴(kuò)展，只要您使用運(yùn)行時(shí)功能探測(cè)來(lái)啟用它們，并且為不支持它們的設(shè)備提供備用方法。
NDK 工具鏈假設(shè)在函數(shù)調(diào)用之前進(jìn)行 16 位棧對(duì)齊。默認(rèn)工具和選項(xiàng)強(qiáng)制執(zhí)行此規(guī)則。 如果編寫(xiě)的是匯編代碼，必須確保棧對(duì)齊，而且其他編譯器也遵守此規(guī)則。
請(qǐng)參閱以下文檔了解詳情：

x86_64
此 ABI 適用于支持通常稱為“x86-64”的指令集的 CPU。 它支持 GCC 通常使用以下編譯器標(biāo)志生成的指令：

-march=x86-64 -msse4.2 -mpopcnt -m64 -mtune=intel

這些標(biāo)志指向 x86-64 指令集（根據(jù) GCC 文檔），伴隨 MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3、SSE4.1、SSE4.2 和 POPCNT 指令集擴(kuò)展。 生成的代碼在頂層 Intel 64 位 CPU 之間進(jìn)行了均衡優(yōu)化。
如需了解有關(guān)編譯器標(biāo)志的詳細(xì)信息，特別是與性能優(yōu)化相關(guān)的信息，請(qǐng)參閱 GCC x86 性能。
此 ABI 不含任何其他可選的 x86-64 指令集擴(kuò)展，例如：

  • MOVBE
  • SHA
  • AVX
  • AVX2

您仍可使用這些擴(kuò)展，只要您使用運(yùn)行時(shí)功能探測(cè)來(lái)啟用它們，并且為不支持它們的設(shè)備提供備用方法。
請(qǐng)參閱以下文檔了解詳情：

mips
此 ABI 適用于基于 MIPS、至少支持 MIPS32r1 指令集的 CPU。它包含以下功能：

  • MIPS32 修訂版 1 ISA
  • 小字節(jié)序
  • O32
  • 硬浮點(diǎn)
  • 無(wú) DSP 應(yīng)用特定的擴(kuò)展

如需了解詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱以下文檔：

如需了解更具體的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 MIPS32 架構(gòu)。常見(jiàn)問(wèn)答請(qǐng)參閱 MIPS FAQ。

mips64
此 ABI 適用于 MIPS64 R6。如需了解詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 MIPS64 架構(gòu)。

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