AOSP编译系统演进:从Make到Ninja的技术升级(Android13)

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引言

在Android 7.0之前,Android的编译系统主要使用GNU Make和Android.mk进行构建规则的描述和执行。然而,随着项目规模的扩大,Makefile组织方式导致了编译时间的增长等问题。

为了解决这些问题,从Android 7.0开始,Google引入了Soong构建系统,Soong 构建系统正好提供了 Android build 所需的灵活性。

Soong 构建系统是在 Android 7.0 (Nougat) 中引入的,旨在取代 Make。它利用 Kati GNU Make 克隆工具和 Ninja 构建系统组件来加速 Android 的构建。

ninja作为替代GNU Make的工具,并引入了kati工具来将Android.mk转换为ninja构建规则文件。随后,在Android 8.0中,Google进一步引入了Android.bp文件,用作替代Android.mk的纯配置文件。

Android.bp文件本质上是一个基于json格式的配置文件,不包含控制流程等复杂语法。它通过Blueprint+soong的转换过程生成相应的ninja构建规则文件(build.ninja),然后使用ninja进行实际的构建工作。

通过这一系列改进,Google的目标是加速Android项目的构建过程,提高整体效率。Soong构建系统由Kati GNU Make克隆工具和Ninja构建系统组件组成,这进一步优化了Android项目的构建流程。

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注意,最新消息, Google计划未来几年将AOSP编译系统全面向bazel迁移,此迁移目前处于早期阶段,但您可以对当前的 build 文件做出一些更改,以便开始针对 Bazel 做好准备。迁移完成后,Bazel 将取代 AOSP 中的所有现有构建系统和 build 配置系统(Make、Kati、Soong、基于 Make 的产品配置)。

https://source.android.google.cn/docs/setup/build/bazel/introduction?hl=zh-cn

构建流程

编译系统构成

Android的编译目录位于/build中。在Android 13源码中的build目录中,有几个重要的文件夹:

  1. 1. blueprint:用于处理Android.bp文件,生成*.ninja文件,以供ninja处理。
  2. 2. kati:用于处理Android.mk文件,生成*.ninja文件,同样供ninja处理。
  3. 3. make:该文件夹包含原始的make流程,例如envsetup.sh等。
  4. 4. soong:构建系统的核心部分,其中包括soong_ui.bash。

在build目录中,core文件夹被链接到make/core,而envsetup.sh被链接到make/envsetup.sh。这样做主要是为了对使用者屏蔽切换编译系统时的差异。

总结起来,build目录中的blueprint和kati文件夹用于处理Android.bp和Android.mk文件,生成相应的*.ninja文件供ninja处理,而make文件夹仍然保留了原始的make流程,而soong文件夹则是构建系统的核心部分。

编译流程

下图展示了soong的编译流程

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在Android的编译过程中,Android.bp文件会被收集到out/soong/build.ninja.d目录。基于这些信息,blueprint工具会生成out/soong/build.ninja文件。

另一方面,Android.mk文件会由kati和ckati工具生成out/build-aosp_arm.ninja文件。

最后,这两个ninja文件会被整合合并到out/combined-aosp_arm.ninja文件中。这个合并后的ninja文件包含了Android的完整编译规则,并用于执行实际的构建操作。

编译步骤

source build/envsetup.sh
lunch aosp_arm-eng # 不清楚想要lunch的项目时,可以先执行lunch,然后在选择项目
make -j8   

编译初始化

envsetup.sh说明

编译的第一步是执行下面命令:source build/envsetup.sh

下面是它做的一些事情

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lunch说明

环境初始化完毕,我们需要启动一个编译目标,比如我们想要编译aosp_arm-eng, 那么我们只需要执行下面命令:

lunch 3
#或者
lunch aosp_arm-eng

如果你不知道想要编译的目标是什么,直接执行一个lunch命令,会列出所有的目标,直接回车,会默认使用aosp_arm-eng这个目标。

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soong编译过程

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当执行runKatiBuild时,有一个重要的步骤是加载build/make/core/main.mk文件。这个main.mk文件是Android Build系统的主控文件。从main.mk开始,它使用include命令将所有需要的.mk文件包含进来,最终在内存中形成一个包含所有编译脚本的集合,相当于一个巨大的Makefile文件。这个Makefile文件看起来可能很庞大,但实际上主要由三种内容构成:变量定义、函数定义和目标依赖规则。此外,mk文件之间的相互包含也非常重要。

Make 和 Soong 比较

Make示例

##Android.mk
LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := libxmlrpc++
LOCAL_MODULE_HOST_OS := linux

LOCAL_RTTI_FLAG := -frtti
LOCAL_CPPFLAGS := -Wall -Werror -fexceptions
LOCAL_EXPORT_C_INCLUDES := $(LOCAL_PATH)/src

LOCAL_SRC_FILES := $(call 
     all-cpp-files-under,src)
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

Soong示例

##Android.bp
cc_library_shared {
     name: “libxmlrpc++”,

     rtti: true,
     cppflags: [
           “-Wall”,
           “-Werror”,
           “-fexceptions”,
     ],
     export_include_dirs: [“src”],
     srcs: [“src/**/*.cpp”],

     target: {
           darwin: {
                enabled: false,
           },
     },
}

工具链关系

Android.mk文件、Android.bp、kati、Soong、Blueprint和Ninja之间的关系如下:

  1. 1. Android.bp --> Blueprint --> Soong --> Ninja
    • • Android.bp文件通过Blueprint工具进行生成和解析,然后传递给Soong工具进行处理,最终生成Ninja文件。
  2. 2. Makefile或Android.mk --> kati --> Ninja
    • • Makefile或Android.mk文件经过kati工具的转换,生成Ninja文件。
  3. 3. Android.mk --> Soong --> Blueprint --> Android.bp
    • • Android.mk文件可以通过Soong提供的androidmk工具转换为Android.bp文件,但仅适用于简单的配置。

在编译过程中,现有的Android.mk文件和已有的Android.bp文件分别被转换为相应的Ninja文件。从Android.mk及其他Makefile文件生成的是out/build-<product_name>.ninja文件,而从Android.bp文件生成的是out/soong/build.ninja文件。此外,还会生成一个较小的out/combined-<product_name>.ninja文件,用于将两者组合起来作为执行入口。

最终,Ninja文件是直接控制源码编译的工具。它们包含了编译所需的规则和指令,用于构建Android系统。

Soong模块编译小技巧

我们一般使用mm命令进行模块编译,但是每次修改都使用mm,那么编译时间会让你怀疑人生,因为每次执行mm都会做全局检查,重新生成*.ninja全局文件,这个速度是很慢的,所以建议如下: Android.bp或者Android.mk有改动, 或者源码文件有增删的情况下,使用mm命令。

无Android.bp或者文件增删情况下使用ninja命令,使用脚本封装一些快捷命令,这样就能跳过全局检查,节省编译时间。

参考链接

[Soong构建系统] https://android.googlesource.com/platform/build/soong/+/refs/heads/master/README.md [Android Make构建系统] https://android.googlesource.com/platform/build/+/master/README.md [借助 Bazel 打造 Android 平台]https://docs.bazel.build/versions/master/bazel-overview.html?hl=zh-cn

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