如何反編譯Android 5.0 framework

來自專欄 Android資料庫

在Android平台，對於和硬體交互相關的模塊來說，比如：和雙卡對應的Telephony模塊、和拍照對應的Camera模塊，以及Bluetooth模塊等等，不同廠商會不同程度的修改Android framework層對應的原生模塊代碼來達到他們自己的目的，這就給應用層的開發人員帶來了讓他們很頭疼的適配問題，嚴重會導致Crash等問題。為了更好的適配，我們不得不對framework層進行反編譯，在Android更新到5.0後，開發人員對framework的反編譯也出現了新的變化。

一、相關背景介紹

在5.0以前，我們可以直接從手機system目錄導出的framework文件夾根目錄里找到相關的odex文件或者相關dex文件（解壓jar文件或apk文件得到），然後通過smali和dex2jar等工具就可以成功反編譯得到我們所需要的東西。但到了5.0，出現了兩個問題。

1. 以前分散在framework文件夾根目錄里的那些odex文件全部集中在了framework文件夾中的arm（或arm64）子文件夾中，而且通過正常的反編譯發現這些odex並不是像5.0以前一樣是我們所需要的東西。

圖：arm文件夾里的各種odex文件

2. 在arm（arm64）子文件中出現了兩個我們在5.0以前沒有見過的東西:boot.oat文件和boot.art文件，這兩個文件引起了我們的興趣，也是我們接下來分析的重點。

圖：arm文件夾里重要的boot.oat文件和boot.art文件

二、對oat文件的分析

說到這個oat文件和art文件，我們不能不提Google在4.4版本以後新引入的ART運行時，這裡簡要的說一下：我們都知道在4.4以前，Android應用程序運行的核心基礎是Dalvik虛擬機，這個Dalvik虛擬機原先是Apache開源的一個JVM的優化版本，而Google又對Dalvik虛擬機進行了特別的優化來適應Android系統，所以Dalvik虛擬機本質就是JVM。

儘管Google花了大力氣優化Dalvik虛擬機，但是效果目前來看還不能讓Google滿意。為了Android系統的流暢度能更上一層樓，在Android進化到4.4版本時，Google決定拋棄Dalvik虛擬機引入全新的ART運行時。其實，ART運行時依然還是Java虛擬機的實現，只是ART運行時更高效更好用。

圖：左邊對應Dalvik虛擬機，右邊對應ART運行時（原圖出處：羅昇陽——Android ART運行時無縫替換Dalvik虛擬機的過程分析）

和Dalvik虛擬機相比，ART運行時執行的是本地機器碼，雖然Dalvik虛擬機也使用JIT（Just-In-Time）將dex位元組碼翻譯成本地機器碼，但是是在應用程序的運行過程中進行的。所以在效率方面還無法和ART運行時相比，ART運行時會在應用程序安裝的時候就通過dex2oat將dex位元組碼翻譯成本地機器碼，而這個由ART翻譯出來的本地機器碼會對應著一個oat文件。

圖：函數run_dex2oat通過調用dex2oat來將dex位元組碼翻譯成本地機器碼

其實，oat文件是一種特殊的ELF文件（關於ELF文件的具體內容可以Google相關內容），通過前面的介紹可以知道它包含本地機器碼（從dex翻譯而來），此外還包含有原來的dex文件內容，本質上它依然是一種預編譯文件。這就告訴我們，oat文件就是把過去的很多dex文件一起合併輸入然後由ART運行時在安裝時翻譯成本地的機器碼然後再打包轉換輸出就OK了。

同樣的道理，我們知道system分區的文件都是在廠商在壓制ROM時打包進去的， framework文件夾裡面的內容尤其是各種dex文件等會在系統啟動後通過arm（或arm64）子文件夾里的boot.art文件來指定啟動一個ART運行時實例，然後把這些classes.dex等dex文件合併輸入到ART再翻譯成本地機器碼打包成oat文件，這就是我們需要的核心文件boot.oat的大致生成過程（具體的過程比較複雜，詳細情況可以自行Google相關內容）。到此，我們簡單的介紹了oat文件的來歷，oat文件里有什麼，以及oat文件的生成過程。

三、反編譯的核心：「拆開」oat文件

有了以上的了解，我們可以知道，反編譯boot.oat文件的核心步驟就是把之前很多dex合併起來生成的oat文件拆開。之前我們在oat是怎麼來的時候提到過，ART運行時會通過dex2oat把很多dex文件合併打包然後翻譯轉換成oat。所以相同的道理，如果要有一個oat2dex工具就好了。可喜的是，真的有oat2dex工具的存在，有了這個工具，我們就可以把我們需要的boot.oat文件給拆卸開了。

在拆開boot.oat文件後，會在原來的arm（或arm64）文件夾里再自動生成兩個子文件夾：dex文件夾和odex文件夾，而這兩個文件夾中的文件幾乎一樣，都是一些dex文件，在這些dex文件中，一定有你需要的dex文件。接下來的工作就和以前的步驟一樣了。

圖：反編譯oat的核心：oat2dex.jar文件

圖：反編譯成功後自動生成的dex和odex子文件夾

圖：反編譯成功後在dex文件夾里生成的dex文件

四、總結

Android 5.0的反編譯問題，其實質和以前並沒有發生變化，只是在過程上繞了一個彎，而這個彎就是如何拆解ART運行時帶來的oat文件，在我看來，oat文件依然是一個和apk文件類似的東西，它包含了apk或jar中的所有類信息，比如：方法，描述信息，偏移列表等等，是一個非常核心的文件。