Android双系统实现

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1. 前言：

刷机，似乎是安卓手机用户的一项专利，但是，会刷机的用户一般都是喜新厌旧的角色，

一个系统用久了，就想换到另一个系统，或者觉得没有原来的好，或者又觉得要换回去，这样又要重刷。

但是刷来刷去都麻烦啊，并且每次刷机也不是没有风险的，一不小心就可能造成重要数据的丢失。

没有解决办法吗?有！双系统！甚至三系统，四系统！！

本文就是解决这个问题的，并且用本文中的方法，完全可以实现一键安装，一键卸载系统的功能，把系统的安装和卸载变成apk的安装和卸载一样简单。

（说明下，下面的方法以三星i93xx系列的手机为例的）

2. 先来简单介绍下安卓系统的启动过程：

在手机上电时，最先执行的集成到CPU芯片上的一段rom里的程序

这段程序负责加载nand flash或者sd卡上的引导程序，引导程序一般来讲都是uboot

uboot会完成一些设备的初始化，这里很重要的部分就是nand flash，以便将linux内核加载读到内存里并运行。

加载的内核根据情况，有可能是boot分区里的内核，也有可能是recovery分区里的内核。

内核跑起来之后，首先会挂载ramdisk到"/"根目录，然后执行/init创建第一个进程

init读取/init.rc，进行进一步的初始化，完成如创建目录，设置权限，挂载data,system,cache分区，启动一系列的service，包括重要的zygote进程

zygote进程又会创建system_server进程以完成进一步的初始化工作，并加载一系列的apk进程。

3. 接下来看下，一个安卓系统所需的分区：

一个uboot分区，负责引导内核

一个内核分区

一个system分区，用于存放安卓的系统程序和文件

一个data分区，用于存放系统的数据，apk程序，以及apk程序的数据等等。

一个cache分区，一般用于升级之用，用于保存ota升级包，升级日志等等。

4. 再按下来看下双系统的实现方案：

4.1 内核的引导问题

这是一个比较头痛的问题，上面讲到，内核是由uboot通过boot分区或者recovery分区加载进来的

如果还要加载其它分区的内核，就要考虑修改uboot的配置参数或者代码了

uboot的代码我们肯定是没有 的，

虽然一般来讲uboot的配置参数往往也是保存在某个分区里的，但一般都是加密的，所以也改不了。

所以我们只能考虑利用己有的分区了。

最简单的方法就是覆盖boot分区，将第二个安卓的boot.img写到boot分区，

然后写一个apk，当要启动哪个系统时，就把哪个系统的boot.img写到boot分区。

这种方式的缺点是切换麻烦，每次切换都要先启动其中的一个系统，然后运行apk进行切换。

然后，我们把贪婪的目光瞄向了recovery分区。 

大家知道，recovery分区一般在系统升级或者恢复出厂设置的时候才会用到，所以我们考虑对recovery分区进行下手。

最简单的方法是把第二个安卓系统boot.img放到recovery分区里，这样可以实现触发进recovery来引导第二个安卓系统了。 

当然，也可以在recovery分区里再放一个定制的uboot，从而实现更加灵活的加载方式，如可以显示引导菜单等等，再如从SD卡里加载内核等等。

但是这还是要有uboot的源码才行。

当然，在使用recovery分区之前，要对recovery分区作下备份。

使用recovery分区作为第二个系统的linux引导分区还有个好处就是一般手机都有开机进recovery的快捷键，

如三星的手机一般是在开机时同时按下:音量加,HOME,POWER三个按键就可以进recovery.

从而实现方便的系统切换。

4.2 system,data分区的创建问题：

解决了引导的问题，再来看下system和data分区的创建问题。

因为cache分区只在升级的时候会用到，所以两个系统可以共用，不用再创建了。

1)重新分区法:

也就是为每个系统建立不同的分区，这种方法需要对存储空间进行重新划分，显然比较麻烦，风险也比较高，可行性比较低。

2)使用虚拟磁盘的方案 

大家一定对ubuntu能够在windows下直接安装的方式印象十分深刻

实际上ubuntu能够在不重新分区的情况下实现安装真是利用的虚拟磁盘实现的。

相对于第一种方案，避免了重新分区的麻烦。

虚拟磁盘是linux下很早内核就已经支持了，是很成熟的技术了。

所以这里虚拟磁盘是最好的选择，并且借助于虚拟磁盘，我们不仅可以实现双系统，还可以实现三系统，四系统，这完全取决于存储空间。

5. 理论讲清楚了，接下来，看下具体如何干吧。 

首先，我们要创建一个system虚拟磁盘，这里有两种方法：

一种是从img直接生成虚拟磁盘，另一种方法是要将一个ota升级包中的system分区写到虚拟磁盘中。

第一种方法比较简单，只要执行一条命令即可：

simg2img system.img system.disk

simg2img可以在编译完的out/host/linux-x86/bin/目录下找到

6.5 如果你拿到的是一个zip格式的ota升级包，内容类似图中所示：

那么制作system虚拟磁盘就略微有些麻烦了，看下如何制作：

需要修改压缩包的META-INF\com\google\android目录下的update-script脚本

1）去除format和mount /system分区的脚本

format("ext4", "EMMC", "/dev/block/mmcblk0p9", "0", "/system");
mount("ext4", "EMMC", "/dev/block/mmcblk0p9", "/system");

2）去除写boot.img和data分区的脚本

package_extract_file("boot.img", "/dev/block/mmcblk0p5");

这里要千万小心，一定要把boot.img的写操作去掉

总之，去除一却和system分区无关的操作，去除/system分区的格式化操作和挂载操作

这里一定要小心+细心。

3）接下来将解压出来的ota升级包重新打包成zip文件

4）然后进入recovery进行进一步的操作（这里recovery最好是第三方的recovery，如cm的recovery，命令比较丰富，比较好操作）

5）用usb连接手机，进入recovery后，adb会自动连接到recovery，然后依次执行如下命令：

在执行下面的脚本之前请确认你的手机可以在shell中获取系统权限

将升级脚本执行程序传到手机的/data/local/tmp目录，update-binary在升级包里的META-INF\com\google\android目录，和updater-script同一个目录。

adb push update-binary /data/local/tmp
 
将修改过update-script的ota升级包传到手机的相应目录

adb push ota.zip /data/local/tmp

切换到root权限

adb shell
su

创建一个800M大小的虚拟磁盘

cd /data/local/tmp
dd if=/dev/zero of=system.disk bs=1024 count=819200

loop虚拟磁盘system.disk
busybox losetup /dev/block/loop7 system.disk

对虚拟磁盘进行格式化

busybox mkfs.ext2 /dev/block/loop7

挂载虚拟磁盘到/system目录
busybox mount -o loop -t ext4 /dev/block/loop7 /system

修改update-binary为可执行

chmod 777 update-binary

开始执行update-script脚本，把ota升级包安装到/system目录
./update-binary 2 0 ota.zip

卸载system虚拟磁盘
umount /system
busybox losetup -d /dev/block/loop7

退出系统权限

exit

退出adb shell

exit

从手机上将system.disk传到PC：
adb pull /data/local/tmp/system.disk

这样，一个烧饼--system虚拟磁盘就做好了:)。

7. 接下来看下如何去创建一个ext4格式的data虚拟磁盘

dd if=/dev/zero of=data.disk bs=1024 count=30720
 
busybox losetup /dev/loop0 data.disk
 
mkfs.ext4 -m 1 -v /dev/block/loop7

8. 接下来看下如何去挂载虚拟磁盘

1）先要对boot.img动手术，先要对其解压， 网络上应该有解压的工具，但是我一般都喜欢自己写一些小工具来完成一些简单的任务，一来加深认识，二来也方便功能的扩展。

所以，这里就用python写了个解压的程序：

unpack.py
"""
    unsigned char magic[BOOT_MAGIC_SIZE];
    unsigned kernel_size;  /* size in bytes */
    unsigned kernel_addr;  /* physical load addr */
    unsigned ramdisk_size; /* size in bytes */
    unsigned ramdisk_addr; /* physical load addr */
    unsigned second_size;  /* size in bytes */
    unsigned second_addr;  /* physical load addr */
    unsigned tags_addr;    /* physical addr for kernel tags */
    unsigned page_size;    /* flash page size we assume */
    unsigned unused[2];    /* future expansion: should be 0 */
    unsigned char name[BOOT_NAME_SIZE]; /* asciiz product name */
    unsigned char cmdline[BOOT_ARGS_SIZE];
    unsigned id[8]; /* timestamp / checksum / sha1 / etc */
"""
import sys
import struct
import subprocess
BOOT_MAGIC_SIZE = 8
BOOT_NAME_SIZE = 16
BOOT_ARGS_SIZE = 512
boot_img = None
kernel_img = None
ramdisk_img = None
ramdisk_cpio = None
ramdisk_out = None
if len(sys.argv) >= 2:
    boot_img = sys.argv[1]
else:
    boot_img = 'boot.img'
if len(sys.argv) >= 3:
    kernel_img = sys.argv[2]
else:
    kernel_img = 'kernel.img'
if len(sys.argv) >= 4:
    ramdisk_img = sys.argv[3]
else:
    ramdisk_img = 'ramdisk.img'
if len(sys.argv) >= 5:
    ramdisk_cpio = sys.argv[4]
else:
    ramdisk_cpio = 'ramdisk-m.cpio'
if len(sys.argv) >= 6:
    ramdisk_out = sys.argv[5]
else:
    ramdisk_out = 'ramdisk'
f = open(boot_img,'rb')
magic = f.read(BOOT_MAGIC_SIZE)
kernel_size = f.read(4)
kernel_size = struct.unpack('I',kernel_size)[0]
print kernel_size
kernel_addr = f.read(4)
kernel_addr = struct.unpack('I',kernel_addr)[0]
print "0x%x"%(kernel_addr,)
ramdisk_size = f.read(4)
ramdisk_size = struct.unpack('I',ramdisk_size)[0]
print ramdisk_size
ramdisk_addr = f.read(4)
ramdisk_addr = struct.unpack('I',ramdisk_addr)[0]
print "0x%x"%(ramdisk_addr,)
second_size = f.read(4)
second_size = struct.unpack('I',second_size)[0]
print second_size
second_addr = f.read(4)
second_addr = struct.unpack('I',second_addr)[0]
print "0x%x"%(second_addr,)
"""
    unsigned tags_addr;    /* physical addr for kernel tags */
    unsigned page_size;    /* flash page size we assume */
    unsigned unused[2];    /* future expansion: should be 0 */
"""
f.seek(BOOT_MAGIC_SIZE + 3*2*4 + 4+4+4*2)
"""
    unsigned char name[BOOT_NAME_SIZE]; /* asciiz product name */
    unsigned char cmdline[BOOT_ARGS_SIZE];
"""    
name = f.read(BOOT_NAME_SIZE)
print name
cmdline = f.read(BOOT_ARGS_SIZE)
print cmdline
page_size = 2048
f.seek(2048)
data = f.read(kernel_size)
with open(kernel_img,'wb') as ff:
    ff.write(data)
           
ramdisk_offset = 2048 + (kernel_size+page_size-1)/page_size*page_size
print 'ramdisk_offset:',ramdisk_offset
f.seek(ramdisk_offset)
data = f.read(ramdisk_size)
with open(ramdisk_img,'wb') as ff:
    ff.write(data)
cmd = 'gzip -d -r  < %s  >%s'%(ramdisk_img,ramdisk_cpio)
subprocess.check_output(cmd,shell=True)
cmd = 'mkdir %(ramdisk)s;cd %(ramdisk)s;cpio -i < ../ramdisk-m.cpio'%{'ramdisk':ramdisk_out}
subprocess.check_output(cmd,shell=True)

这个程序会从boot.img中提取出kernel.img和ramdisk.img，并且默认将zip格式的ramdisk.img解压到ramdisk目录

2）修改fstab.smdk4x12

原内容：

# Android fstab file.
#<src>                  <mnt_point>         <type>    <mnt_flags and options>                               <fs_mgr_flags>
# The filesystem that contains the filesystem checker binary (typically /system) cannot
# specify MF_CHECK, and must come before any filesystems that do specify MF_CHECK
/dev/block/mmcblk0p9    /system             ext4      ro,errors=panic                                                                   wait
/dev/block/mmcblk0p3    /efs                ext4      nosuid,nodev,noatime,noauto_da_alloc,discard,journal_async_commit,errors=panic    wait,check
/dev/block/mmcblk0p8    /cache              ext4      nosuid,nodev,noatime,noauto_da_alloc,discard,journal_async_commit,errors=panic    wait,check
# data partition must be located at the bottom for supporting device encryption
/dev/block/mmcblk0p12   /data               ext4      nosuid,nodev,noatime,noauto_da_alloc,discard,journal_async_commit,errors=panic    wait,check,encryptable=footer
# VOLD
/devices/platform/s3c-sdhci.2/mmc_host/mmc1/ /storage/extSdCard      vfat        default     voldmanaged=sdcard:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveA      vfat        default     voldmanaged=sda:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveB      vfat        default     voldmanaged=sdb:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveC      vfat        default     voldmanaged=sdc:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveD      vfat        default     voldmanaged=sdd:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveE      vfat        default     voldmanaged=sde:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveF      vfat        default     voldmanaged=sdf:auto

 修改后的内容：

# Android fstab file.
#<src>                  <mnt_point>         <type>    <mnt_flags and options>                               <fs_mgr_flags>
# The filesystem that contains the filesystem checker binary (typically /system) cannot
# specify MF_CHECK, and must come before any filesystems that do specify MF_CHECK
/dev/block/mmcblk0p3    /efs                ext4      nosuid,nodev,noatime,noauto_da_alloc,discard,journal_async_commit,errors=panic    wait,check
/dev/block/mmcblk0p8    /cache              ext4      nosuid,nodev,noatime,noauto_da_alloc,discard,journal_async_commit,errors=panic    wait,check
# data partition must be located at the bottom for supporting device encryption
/dev/block/mmcblk0p12   /dat               ext4      nosuid,nodev,noatime,noauto_da_alloc,discard,journal_async_commit,errors=panic    wait,check,encryptable=footer
# VOLD
/devices/platform/s3c-sdhci.2/mmc_host/mmc1/ /storage/extSdCard      vfat        default     voldmanaged=sdcard:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveA      vfat        default     voldmanaged=sda:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveB      vfat        default     voldmanaged=sdb:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveC      vfat        default     voldmanaged=sdc:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveD      vfat        default     voldmanaged=sdd:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveE      vfat        default     voldmanaged=sde:auto
/devices/platform/s5p-ehci/usb1                 /storage/UsbDriveF      vfat        default     voldmanaged=sdf:auto

这里主要是删除了system分区的挂载，并且把data分区由原来的挂载到dat改为挂载到/dat目录

因为这里我们实际上要挂载的是虚拟磁盘

3）init.rc中：

修改on init：

在

mkdir /system 

后面加上：

mkdir /dat

4）init.smdk4x12.rc中，修改on fs 

在

mount_all /fstab.smdk4x12 

后面加上：

mount ext4 loop@/dat/system.disk /system rw wait noatime mount ext4 loop@/dat/data.disk /data wait nosuid nodev noatime

总结：

1）这里，先把应该mount到/data目录的分区mount到/dat目录

2）接下来的两行脚本就把虚拟磁盘给分别挂载到/system和/data

3） 是的，so easy！，但是当功能还未实现时，那种从酝酿到尝试，再到成功的过程还有有一翻体会的，虽然关键的虚拟分区的挂载是在三心二意的情况下完成的（一边看着CCTV的记录片，哈哈，千万不要学）。

9. 重新把kernel和ramdisk打包成boot.img

修改好的ramdisk，接下来就要对其进行重新打包成boot.img了，这里会用到三条命令：mkbootfs，minigzip和mkbootimg。mkbootfs把ramdisk里的所有文件打包成cpio格式的文件

minigzip再对其进行压缩，mkbootimg从kernel和ramdisk.img生成boot.img，使用方法如下：

mkbootfs ramdisk | minigzip > ramdisk.img

mkbootimg --kernel kernel.img --ramdisk ramdisk.img --output boot.img

10. 接下来，到了最后一步了，如何安装第二个Android操作系统？

安装的工作其实真的很简单，把boot.img写到recovery分区，把system.disk，data.disk拷贝到/data分区。

当然，也可以把system.disk和data.disk放到外部SD卡中，这要涉及到修改ramdisk

11.最后，总结下全文吧：

在手机上实现双系统已经不是什么新技术了，在用虚拟磁盘的方式实现双系统之后，后来百度了下，看到11年写的一篇文章， 是在SD卡上进行分区来实现双系统的，操作比较麻烦，

切换还要启动到其中一个系统通过刷boot分区来实现系统的切换，还不如本文直接刷recovery分区的方式来的方便。

本文的双系统实现其实还是比较简单的：

1)将system.img通过simg2img转换成可以直接通过loop挂载的格式system.disk

2)创建data分区虚拟磁盘data.disk

3)修改boot.img中的启动相关的脚本,实现挂载虚拟磁盘，并重新打包

4)将system.disk，data.disk放到原data分区

5)将重新打包的boot.img刷到recovery分区。

12. Is this the end or just the beginning?

如果是网络机顶盒，上面的已经足够了，但是我们是在手机上创建双系统，所以仍然有一段路要走，以下是需要思考的问题：

1）如何保持双系统中的通信录的同步问题

2）如何同步双系统中常用工具的数据，如微信聊天记录等等。

3）如何处理不同版本的android系统基带的不兼容性问题。

4） 如何处理efs分区在不同版本的android系统不相互兼容问题。

5） 如何实现Android+WP双系统

6） 如何实现三系统，四系统？

7） ...

（完）

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本文标签： 双系统 Android