Vold原理介绍

一、 Vold简介

Android中Vold是volume Daemon，即Volume守护进程，用来管理Android中存储类的热拔插事件。这里的热插拔涉及的场景如：

1. 手机usb以MTP或者传输照片方式插拔PC端后磁盘数据的挂卸载；

2. 设备开关机过程中存储设备各分区的挂卸载；

3. T卡插拔识别过程中文件系统挂卸载。

在各场景做mount过程中，涉及到的磁盘数据的安全加密（FDE/FBE），文件节点与目录的创建，文件系统的垃圾清理等模块，也由Vold进行控制。

二、Vold 架构

Vold在系统中以守护进程存在，是一个单独的进程。处于Kernel和Framework之间，是两个层级连接的桥梁。下图是Vold在Android系统的整体架构

Vold主要是接收Kernel的uevent消息，然后NetLinkManager将消息放在NetLinkHandler队列送到VolumeManager，最终将消息传递到Framework的StorageManager。最后StorageManager会将数据存储下来，消息通知到在StorageManager注册的service与应用。

三、Vold启动流程

在Android 系统启动的时候，init进程会去解析init.rc文件，在init.rc中有start vold的命令会被init解析到，而start对应的函数do_start(constBuiltinArguments& args)；即启动对应的service，service再解析vold.rc 文件 对Vold做一些初始化配置。

Vold中main函数有完整的启动流程，如下

启动VolumeManager：VolumeManager会先卸载掉对应文件夹中的所有东西，使之处于一个干净的状态，接着会构造出内置存储目录，也即/data/media，此处通过VolumeBase基类指针new了一个EmulatedVolume对象。在create函数中，执行了doCreate以及回调了onVolumeCreated，此处的listener则是StorageManager服务，但是由于Vold启动较早，SystemServer还没有启动StorageManager，所以这里getListener()得到的是空，后面StorageManager启动完成后会重新触发。最后便是设置了当前存储设备的状态为unmounted。其中doCreate是虚函数，但是EmulatedVolume中并没有实现，所以最终还是调用了基类函数，也就直接返回了。最后Vold会创建一个虚拟磁盘，即/data/misc/vold/virtual_disk。

启动VoldNativeService：VoldNativeService依赖的是aidl接口逻辑，连接着StorageManager和vold。它继承自BinderService，启动过程中主要注册了接口，使其他服务可以通过IVold可以找到，然后启动线程。

启动NetlinkManager：启动过程中内部建立了一个socket连接，用于接收所有的uevent事件，最后会new一个NetlinkHandler对象，并执行start函数。然后调用NetlinkListener父类的startListener函数去监听event。

Vold启动完成后，后续Vold会监听kernel的uevent事件，然后处理转发通过Callback通知到StorageManager，而Framework的服务以及App则可以通过StorageManager去使用Vold处理Command。

四、Vold运行原理

关于Vold 运行原理，主要介绍kernel和Vold之间以及StorageManager和Vold之间是如何建立联系，信息是如何接收处理的。这里首先解释下kernel--Uevent机制。

1. Linuxkernel--Uevent机制

Uevent是一种在内核空间和用户空间之间通信的机制，主要用于热插拔事件（hotplug）。Uevent事件具体以环境变量（即字符串）的形式发送到用户空间,以kernel 5.4 为例

kobject对应动作的事件相应有以下几种：

在内核中通过kobject_uevent函数将事件发送到用户空间，但是实际上发送事件的动作由调用函数kobject_uevent_env实现。

kobject_uevent_env函数主要做了两方面的工作：

1）获取整理了与即将发送的事件相关的环境变量，如ACTION、DEVPATH和SUBSYSTE等。

2）发送事件到用户空间。

2. Vold与 kernel的联系

之前已经提到了，NetlinkManager启动的时候会执行startListener开始监听Kernel的uevent事件。

NetlinkHandler继承自NetlinkListener，NetlinkListener又是SoctetListener的子类，因此最终还是调用SoctetListener的startListener函数。该函数就是开始监听消息，接着启动一个线程执行runListener函数，循环读取socket消息并发送给各个client端，NetlinkListener作为其中一个，收到Callback后则会去进一步处理。

mCtrlPipe[0]则作为此处的读端，会从流中读取读取POLLIN对应的事件，每一个client对应的socket文件描述符也都会存储到vector中。接下来就是利用poll函数去轮询vector中的每一个文件描述符。

再接下来根据revents来决定是否有事件被读到，如果没有事件读到则进行下一轮，有事件被读到就将保存对应文件描述符的client，最后Callback onDataAvailable函数。

onDataAvailable这边是来真正接收数据的，通过给到的client字段与之建立socket通信，借助uevent_kernel_recv函数读取数据，通过decode解析后调用onEvent分发下去。

这时候NetlinkHandler就登场了，获取VolumeManager单例对象，调用handleBlockEvent进行事件真正的处理。

3. Vold与StorageManager的联系

Vold与 StorageManager的联系是通过binder建立通信，通过binder由StorageManager向Vold发送命令，并且在Vold注册listener完成消息上报。

在StorageManager中，当SystemServer启动StorageManager后，会调start方法去连接vold。

然后会通过binder获得IVold接口，并且将mListener注册过去，这里便是Vold的aidl接口，对应便是VoldNativeService这个接口类。

以开机挂在内置存储设备为例，当开机广播BootCompleted发出后，StorageManager则会进行lockuser或者unlockuser的操作，接着会添加内置存储，并且reset Vold，其实对应的是调用VolumeManager的reset函数，最后是start user，创建对应文件目录，链接到对应的data存储分区。

此处StorageManager启动结束后执行reset，就会重新执行mInternalEmulated->create();过程，这样就会通知到StorageManager，触发InternalEmulated去mount。触发mount后最终会执行EmulatedVolume类的doMount()函数，进而完成真正的mount过程。

4. 外置存储设备SD卡挂载实例

结合上述Vold运行原理，通过绘制如下流程图简单介绍下SD卡挂载流程

参考资料：

1. Linuxkernel-5.4 source code

2.http://androidxref.com/9.0.0_r3/xref/system/vold/vold.rc

3.http://aospxref.com/android-11.0.0_r21/xref/system/core/libsysutils/src/SocketListener.cpp

4.http://aospxref.com/android-11.0.0_r21/xref/system/core/libsysutils/src/NetlinkListener.cpp

5.http://aospxref.com/android-11.0.0_r21/xref/system/vold/NetlinkHandler.cpp

6.http://aospxref.com/android-11.0.0_r21/xref/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/StorageManagerService.java

7.http://aospxref.com/android-11.0.0_r21/xref/system/vold/VolumeManager.cpp