Sanal A/B'ye genel bakış

Sanal A/B, Android'in ana güncelleme mekanizmasıdır. Sanal A/B, güncellemelerin alan yükü maliyetini azaltmak için eski A/B güncellemelerinin (A/B sistem güncellemeleri bölümüne bakın) ve A/B dışı güncellemelerin (15'te desteği sonlandırılmıştır) üzerine kuruludur.

Sanal A/B testinde dinamik bölümler için ek bir yuva yoktur. Dinamik bölümler bölümüne bakın. Bunun yerine, delta bir anlık görüntüye yazılır ve başarılı bir önyükleme onaylandıktan sonra ana bölümle birleştirilir. Sanal A/B, Android'e özel bir anlık görüntü biçimi kullanır. Sıkıştırılmış anlık görüntüler için COW biçimi başlıklı makaleyi inceleyin. Bu biçim, anlık görüntülerin sıkıştırılmasına olanak tanır ve disk alanı kullanımını en aza indirir. Tam OTA'da, sıkıştırma ile anlık görüntü boyutu yaklaşık% 45 oranında, artımlı OTA anlık görüntü boyutu ise yaklaşık %55 oranında azaltılır.

Android 12, anlık görüntü alınan bölümleri sıkıştırmak için sanal A/B sıkıştırma seçeneği sunar. Sanal A/B testi aşağıdakileri sunar

• Sanal A/B güncellemeleri, A/B güncellemeleri gibi sorunsuzdur (güncelleme, cihaz çalışırken tamamen arka planda gerçekleşir). Sanal A/B güncellemeleri, cihazın çevrimdışı ve kullanılamaz durumda olduğu süreyi en aza indirir.
• Sanal A/B güncellemeleri geri alınabilir. Yeni işletim sistemi başlatılamazsa cihazlar otomatik olarak önceki sürüme geri döner.
• Sanal A/B güncellemeleri, yalnızca önyükleme yükleyici tarafından kullanılan bölümleri kopyalayarak minimum düzeyde ek alan kullanır. Güncellenebilen diğer bölümlerin anlık görüntüsü alınır.

Not: Sanal A/B, Android 11 ve sonraki sürümlerin yüklü olduğu cihazlarda GMS şartıdır.

Arka plan ve terminoloji

Bu bölümde terminoloji tanımlanmakta ve sanal A/B'yi destekleyen teknoloji açıklanmaktadır. OTA yükleme sırasında yeni işletim sistemi verileri, fiziksel bölümler için yeni yuvasına veya Android'e özgü bir COW cihazına yazılır. Cihaz yeniden başlatıldıktan sonra dinamik bölüm verileri, dm-user ve snapuserd daemon'ı kullanılarak temel cihazıyla tekrar birleştirilir. Bu işlem tamamen kullanıcı alanında gerçekleşir.

Device-mapper

Device-mapper, Android'de sık kullanılan bir Linux sanal blok katmanıdır. Dinamik bölümler ile /system gibi bölümler, katmanlı cihazlardan oluşan bir yığındır:

• Yığının en altında fiziksel süper bölüm (örneğin, /dev/block/by-name/super) bulunur.
• Ortada, süper bölümdeki hangi blokların belirli dinamik bölümü oluşturduğunu belirten bir dm-linear cihazı vardır. Bu, A/B cihazlarda /dev/block/mapper/system_[a|b], A/B olmayan cihazlarda ise /dev/block/mapper/system olarak görünür.
• Üstte, doğrulanmış bölümler için oluşturulan bir dm-verity cihazı bulunur. Bu cihaz, dm-linear cihazındaki blokların doğru şekilde imzalanıp imzalanmadığını doğrular. /dev/block/mapper/system-verity olarak görünür ve /system ekleme noktasının kaynağıdır.

Şekil 1'de, /system montaj noktasının altındaki yığının görünümü gösterilmektedir.

Şekil 1. /system ekleme noktasının altına yığın

Sıkıştırılmış anlık görüntüler

Android 12 ve sonraki sürümlerde, /data bölümündeki alan gereksinimleri yüksek olabileceğinden /data bölümünün daha yüksek alan gereksinimlerini karşılamak için derlemenizde sıkıştırılmış anlık görüntüleri etkinleştirebilirsiniz.

Sanal A/B sıkıştırılmış anlık görüntüler, Android 12 ve sonraki sürümlerde bulunan aşağıdaki bileşenler temel alınarak oluşturulur:

• Kullanıcı alanının cihazları engellemesine olanak tanıyan, FUSE'ye benzer bir çekirdek modülü olan dm-user.
• snapuserd, yeni bir anlık görüntü biçimini uygulamak için kullanıcı alanında çalışan bir daemon.

Bu bileşenler sıkıştırmayı etkinleştirir. Sıkıştırılmış anlık görüntü özelliklerini uygulamak için yapılan diğer gerekli değişiklikler aşağıdaki bölümlerde verilmiştir: Sıkıştırılmış anlık görüntüler için COW biçimi, dm-user ve snapuserd.

Sıkıştırılmış anlık görüntüler için COW biçimi

Android 12 ve sonraki sürümlerde sıkıştırılmış anlık görüntüler Android'e özel bir COW biçimi kullanır. COW biçimi, OTA ile ilgili meta veriler içerir ve COW işlemlerini ve yeni işletim sistemi verilerini içeren farklı arabellekleri vardır. Yalnızca yerine koyma işlemlerine (Temel resimdeki X bloğunu, anlık görüntüdeki Y bloğunun içeriğiyle değiştirme) izin veren çekirdek anlık görüntü biçimine kıyasla Android sıkıştırılmış anlık görüntüler COW biçimi daha etkileyicidir ve aşağıdaki işlemleri destekler:

• Kopyala: Ana cihazdaki X bloğu, ana cihazdaki Y bloğuyla değiştirilmelidir.
• Değiştir: Ana cihazdaki X bloğu, anlık görüntüdeki Y bloğunun içeriğiyle değiştirilmelidir. Bu blokların her biri gz sıkıştırılmıştır.
• Sıfır: Ana cihazdaki X bloğu tamamen sıfırlarla değiştirilmelidir.
• XOR: COW cihazı, XOR sıkıştırılmış baytları X bloğu ile Y bloğu arasında depolar. (Android 13 ve sonraki sürümlerde kullanılabilir.)

Tam OTA güncellemeleri yalnızca replace ve zero işlemlerinden oluşur. Artımlı OTA güncellemelerinde ek olarak kopyalama işlemleri de olabilir.

Diskteki tam anlık görüntü düzeni aşağıdaki gibidir:

Şekil 2. Diskte Android COW Biçimi

dm-user

dm-user çekirdek modülü, userspace'ün cihaz-eşleyici blok cihazlarını uygulamasını sağlar. dm-user tablosu girişi, /dev/dm-user/<control-name> altında çeşitli cihazlar oluşturur. userspace işlemleri, çekirdekten okuma ve yazma istekleri almak için cihazı yoklayabilir. Her istek, kullanıcı alanının doldurması (okuma için) veya yayması (yazma için) için ilişkili bir arabelleğe sahiptir.

dm-user çekirdek modülü, kullanıcı tarafından görülebilen ve upstream kernel.org kod tabanının bir parçası olmayan yeni bir çekirdek arayüzü sağlar. Bu tarihe kadar Google, Android'deki dm-user arayüzünü değiştirme hakkını saklı tutar.

snapuserd

dm-user için snapuserd kullanıcı alanı bileşeni, sanal A/B sıkıştırmasını uygular. Snapuserd, Android COW cihazlarına yazma ve okuma işlemlerinden sorumlu bir kullanıcı alanı daemon'udur. Anlık görüntüye yapılan tüm G/Ç işlemleri bu hizmet üzerinden yapılmalıdır. OTA yükleme sırasında snapuserd tarafından yeni işletim sistemi verileri anlık görüntüye yazılır (sıkıştırma ile). Meta verilerin ayrıştırılması ve yeni blok verilerinin paketten çıkarılması da burada gerçekleştirilir.

XOR sıkıştırması

Android 13 ve sonraki sürümlerin yüklü olduğu cihazlarda varsayılan olarak etkinleştirilen XOR sıkıştırma özelliği, kullanıcı alanı anlık görüntülerinin eski bloklar ile yeni bloklar arasında XOR sıkıştırılmış baytları depolamasını sağlar. Sanal A/B güncellemesinde bir bloktaki yalnızca birkaç bayt değiştiğinde, XOR sıkıştırma depolama şeması, anlık görüntüler 4K baytın tamamını depolamadığından varsayılan depolama şemasına göre daha az yer kullanır. Anlık görüntü boyutunda bu azalma, XOR verilerinin çok sayıda sıfır içermesi ve ham blok verilerinden daha kolay sıkıştırılabilmesi nedeniyle mümkündür. Pixel cihazlarda XOR sıkıştırma, anlık görüntü boyutunu% 25 ila %40 oranında azaltır.

Android 13 ve sonraki sürümlere yükseltilen cihazlarda XOR sıkıştırması etkinleştirilmelidir. Ayrıntılar için XOR sıkıştırma başlıklı makaleyi inceleyin.

Anlık görüntü birleştirme

Android 13 ve sonraki sürümlerle kullanıma sunulan cihazlarda, sanal A/B sıkıştırmadaki anlık görüntü ve anlık görüntü birleştirme işlemleri snapuserd kullanıcı alanı bileşeni tarafından gerçekleştirilir. Android 13 ve sonraki sürümlere yükseltilen cihazlarda bu özellik etkin olmalıdır. Ayrıntılı bilgi için Kullanıcı alanı birleştirme başlıklı makaleyi inceleyin.

Sanal A/B sıkıştırma işlemi aşağıdaki şekilde açıklanmaktadır:

1. Çerçeve, /system bölümünü dm-user cihazın üzerine yığılmış bir dm-verity cihazdan bağlar. Bu, kök dosya sisteminden gelen her I/O işleminin dm-user adresine yönlendirildiği anlamına gelir.
2. dm-user, G/Ç isteklerini işleyen kullanıcı alanı snapuserd daemon'ına yönlendirir.
3. Birleştirme işlemi tamamlandığında çerçeve, dm-linear'un (system_base) üzerine dm-verity'ü daraltır ve dm-user'ı kaldırır.

Şekil 3. Sanal A/B sıkıştırma süreci

Anlık görüntü birleştirme işlemi kesintiye uğrayabilir. Cihaz, birleştirme işlemi sırasında yeniden başlatılırsa birleştirme işlemi yeniden başlatıldıktan sonra devam eder.

İlk geçişler

Sıkıştırılmış anlık görüntülerle önyükleme yapılırken, bölümleri monte etmek için ilk aşama initsnapuserd başlatılmalıdır. Bu durum bir soruna yol açar: sepolicy yüklendiğinde ve uygulandığında snapuserd yanlış bağlama yerleştirilir ve okuma istekleri selinux'un reddetmesi nedeniyle başarısız olur.

Bu sorunu gidermek için snapuserd, init ile senkronize olarak aşağıdaki şekilde geçiş yapar:

1. İlk aşama init, snapuserd'u ramdisk'ten başlatır ve bir ortam değişkeninde açık dosya tanımlayıcısını kaydeder.
2. İlk aşama init, kök dosya sistemini sistem bölümüne geçirir ve ardından init'nin sistem kopyasını yürütür.
3. init'ün sistem kopyası, birleştirilmiş sepolicy'yi bir dizeye okur.
4. Init, ext4 destekli tüm sayfalarda mlock()'ı çağırır. Ardından, anlık görüntü cihazları için tüm cihaz eşleyici tablolarını devre dışı bırakır ve snapuserd'ü durdurur. Bu işlemden sonra kilitlenmeye neden olacağından bölümlerden okumak yasaktır.
5. snapuserd dosyasının ramdisk kopyasına yönelik açık tanımlayıcıyı kullanarak init, daemon'u doğru selinux bağlamıyla yeniden başlatır. Anlık görüntü cihazları için cihaz eşleyici tabloları yeniden etkinleştirilir.
6. İlklendirme, munlockall() işlevini çağırır. IO işlemini tekrar gerçekleştirmek güvenlidir.

Alan kullanımı

Aşağıdaki tabloda, Pixel'in işletim sistemi ve OTA boyutlarını kullanan farklı OTA mekanizmalarının alan kullanımı karşılaştırması gösterilmektedir.

Boyut Etkisi	A/B olmayan	A/B	Sanal A/B	Sanal A/B (sıkıştırılmış)
Orijinal Fabrika Görüntüsü	4,5 GB süper (3,8 GB resim + 700 MB ayrılmış)^1	9 GB süper (iki yuva için 3, 8 GB + 700 MB ayrılmış)	4,5 GB süper (3,8 GB resim + 700 MB ayrılmış)	4,5 GB süper (3,8 GB resim + 700 MB ayrılmış)
Diğer statik bölümler	/cache	Yok	Yok	Yok
OTA sırasında ek depolama alanı (OTA uygulandıktan sonra iade edilen alan)	/data üzerinde 1,4 GB	0	/data'da 3,8 GB^2	/data üzerinde 2,1 GB^2
OTA'yı uygulamak için gereken toplam depolama alanı	5,9 GB^3 (süper ve veri)	9 GB (süper)	8,3 GB^3 (süper ve veri)	6,6 GB^3 (süper ve veri)

¹: Pixel eşlemeye dayalı varsayılan düzeni gösterir.

²Yeni sistem görüntüsünün orijinaliyle aynı boyutta olduğu varsayılır.

³Yeniden başlatılana kadar alan gereksinimi geçicidir.

Android 11 Sanal A/B

Sanal A/B'nin Android 11 sürümü, çekirdek COW biçimini kullanarak dinamik bölüme yazdı. Kernel COW biçimi sıkıştırmayı desteklemediğinden bu yöntemin desteği sonlandırıldı.

Android 12 Sanal A/B

Android 12'de sıkıştırma, Android'e özgü bir COW biçiminde desteklenir. Sanal A/B'nin bu sürümü, Android'e özgü COW'un Kernel COW biçimine çevrilmesini gerektiriyordu. Sonunda bu, android 13'te Kernel COW biçimine ve dm-snapshot'e olan bağımlılığı kaldıran bir yöntemle değiştirildi.

Sanal A/B'yi uygulamak veya sıkıştırılmış anlık görüntü özelliklerini kullanmak için Sanal A/B'yi uygulama başlıklı makaleyi inceleyin.