Общие ядра Android (ACK) являются основой для всех ядер продуктов Android. Ядра поставщиков и устройств находятся ниже по течению от ACK. Поставщики добавляют поддержку SoC и периферийных устройств, изменяя исходный код ядра и добавляя драйверы устройств. Эти модификации могут быть обширными до такой степени, что до 50% кода, работающего на устройстве, является кодом вне дерева, а не исходным кодом Linux или общими ядрами AOSP.
Таким образом, ядро устройства состоит из:
- Upstream: ядро Linux с сайта kernel.org
- AOSP: дополнительные исправления для Android из общих ядер AOSP.
- Поставщик: исправления для SoC и периферийных устройств, а также исправления оптимизации от поставщиков.
- OEM/устройство: дополнительные драйверы устройств и настройки
Почти каждое устройство имеет собственное ядро. Это фрагментация ядра.
Рисунок 1. Иерархия ядра Android приводит к фрагментации
Стоимость фрагментации
Фрагментация ядра имеет несколько негативных последствий для сообщества Android.
Обновления безопасности трудоемки
Исправления безопасности, указанные в бюллетене по безопасности Android (ASB) , должны быть перенесены в каждое из ядер устройства. Однако из-за фрагментации ядра распространение исправлений безопасности на устройства Android в полевых условиях обходится непомерно дорого.
Сложно объединить обновления с долгосрочной поддержкой
Выпуски с долгосрочной поддержкой (LTS) включают исправления безопасности и исправления других критических ошибок. Поддержание актуальности выпусков LTS оказалось наиболее эффективным способом предоставления исправлений безопасности. На устройствах Pixel было обнаружено, что 90% проблем с безопасностью ядра, о которых сообщалось в ASB, уже были устранены для устройств, которые остаются в актуальном состоянии.
Однако со всеми пользовательскими модификациями в ядрах устройств сложно просто объединить исправления LTS с ядрами устройств.
Запрещает выпуск обновлений платформы Android
Фрагментация затрудняет добавление новых функций Android, требующих внесения изменений в ядро, на устройства в полевых условиях. Код Android Framework должен предполагать, что поддерживается до пяти версий ядра и что для новой версии платформы не было внесено никаких изменений ядра (Android 10 поддерживает ядра 3.18, 4.4, 4.9, 4.14 и 4.19, которые в некоторых случаях не были изменены). дополнен новыми функциями, начиная с Android 8 в 2017 году).
Трудно внести изменения ядра обратно в исходную версию Linux.
Со всеми изменениями, внесенными в ядро, большинство флагманских устройств поставляются с версией ядра, которой уже не менее 18 месяцев. Например, ядро 4.14 было выпущено kernel.org в ноябре 2017 года, а первые телефоны Android, использующие ядра 4.14, были выпущены весной 2019 года.
Эта длительная задержка между выпуском исходного ядра и продуктами затрудняет для сообщества Android добавление необходимых функций и драйверов в исходные ядра.
Исправление фрагментации: общий образ ядра
Проект Generic Kernel Image (GKI) устраняет фрагментацию ядра путем унификации основного ядра и переноса поддержки SoC и плат из основного ядра в загружаемые модули поставщиков. GKI также представляет стабильный интерфейс модулей ядра (KMI) для модулей поставщиков, поэтому модули и ядро можно обновлять независимо. Некоторые характеристики ядра GKI:
- Ядро GKI собрано из исходников ACK.
- Ядро GKI представляет собой двоичный файл с одним ядром и соответствующими загружаемыми модулями для каждой архитектуры, для каждой версии LTS (в настоящее время только arm64 для
android11-5.4иandroid12-5.4). - Ядро GKI тестируется со всеми версиями платформы Android, которые поддерживаются соответствующим ACK. В течение всего времени существования версии ядра GKI функция не устаревает.
- Ядро GKI предоставляет стабильный KMI для драйверов в данной LTS.
- Ядро GKI не содержит кода, специфичного для SoC или платы.
Изображение архитектуры GKI см. в обзоре ядра .
GKI — это сложное изменение, которое развертывается в несколько этапов, начиная с ядер версии 5.4 в выпуске платформы Android 11.
В настоящее время существует два этапа GKI:
- GKI 1.0 был представлен в Android 11 для устройств с ядром 5.4. GKI 1.0 применяется ко всем устройствам, поставляемым с ядрами 5.4, даже к тем, которые запущены с Android 12 или Android T (экспериментальная версия AOSP).
- GKI 2.0 был представлен в Android 12 для устройств с ядрами 5.10 и является новым стандартом для всех устройств, которые поставляются с ядрами 5.10 или более поздних версий.
ГКИ 1.0
В GKI 1.0 устройства, запускаемые с ядром версии 5.4, должны пройти тестирование GKI (Android 11 и более поздние версии платформы). Цели GKI 1.0 включают следующее:
- Избегайте регрессий в Vendor Test Suite (VTS) или Compatibility Test Suite (CTS) при замене ядра продукта на ядро GKI.
- Уменьшите нагрузку на партнеров по поддержанию их ядра в актуальном состоянии с помощью общих ядер AOSP.
- Включите основные изменения Android в ядра для устройств, обновляющихся и запускаемых с новыми выпусками Android.
- Не нарушайте пользовательское пространство Android.
- Отдельные аппаратно-зависимые компоненты от основного ядра в виде загружаемых модулей.
Документацию по GKI 1.0 см. в разделе GKI 1.0 .
ГКИ 2.0
В GKI 2.0 устройства, запускаемые с ядром версии 5.10 или выше, должны поставляться с ядром GKI (начиная с Android 12). Подписанные загрузочные образы доступны и регулярно обновляются с помощью LTS и исправлений критических ошибок. Поскольку для KMI поддерживается стабильность двоичных файлов, вы можете установить эти загрузочные образы, не внося изменений в образы поставщиков. Цели GKI 2.0 включают следующее:
- Не допускайте значительного снижения производительности или энергопотребления при замене ядра продукта на ядро GKI.
- Предоставьте партнерам возможность предоставлять исправления безопасности ядра и исправления ошибок без участия поставщика.
- Снизить стоимость обновления основной версии ядра для устройств (например, с версии 5.10 до ядра 2021 LTS).
- Поддерживайте единый двоичный файл ядра GKI для каждой архитектуры, обновляя версии ядра с четким процессом обновления.
GKI 2.0 представляет самое последнее состояние ядер Android. Документация ядра вне подразделов GKI 1.0 и предыдущих ядер (<=4.19) отражает архитектуру GKI 2.0.