Android 多用戶模式原理和實現介紹

       我們可以感受到，在Android 4.2中的一個比較顯著的改變就是加入了多用戶的支持。因多用戶手機專利早已被Symbian雇員注冊，故 android官方的多用戶切換目前僅支持平板設備。

多用戶模式的啟用

系統判斷當前設備是否支持多用戶模式的依據是配置文件config.xml中的config_multiuserMaximumUsers配置項。 其取值為整型，決定着當前設備支持的最大用戶上限。默認值為1，即不支持多用戶。如需啟用多用戶，則設置此值 為大於1的值。在Nexus 7中，此值為8。

具體代碼的判斷位置在UserManager.java:

 public static int getMaxSupportedUsers() {
         // Don't allow multiple users on certain builds
         if (android.os.Build.ID.startsWith("JVP")) return 1;
         return SystemProperties.getInt("fw.max_users",
                 Resources.getSystem().getInteger(R.integer.config_multiuserMaximumUsers));
     }

多用戶相關操作流程

對用戶的操作目前未對普通應用開放，其相關API都有hide注解，並需要system權限。此外，用戶的添加和移除還 要需android.Manifest.permission.MANAGE_USERS權限。

用戶添加流程

用戶添加是通過調用UserManager的public UserInfo createUser(String name, int flags)方法進行的。其具體實現在UserManagerService的同名方法中。

在調用時，系統進行如下操作：

1. 檢查調用者是否具有所需權限。
2. 對安裝和軟件包流程加鎖，保證線程安全
3. 檢查多用戶環境是否到達用戶數量限制。如果沒有，創建用戶實例
4. 為新用戶創建相關目錄
5. 序列化用戶列表
6. 發送用戶建立廣播，MountService在收到此廣播后，調用createEmulatedVolumeForUserLocked方法為用戶建 立相應的數據目錄

用戶的保存

用戶創建后，會首先在/data/system/users/userlist.xml文件中保存新增加用戶的id，創建/data/system/users/ 用戶id 目錄，並將用戶信息保存至其下的用戶id.xml 文件中。其內容包括一些基本的用戶信息。

用戶切換流程

用戶切換是通過調用ActivityManager的public boolean switchUser(int userId)方法進行。一般通過 ActivityManagerNative.getDefault().switchUser(int userId)進行調用。

在調用時，系統進行以下操作

1. 檢查調用者是否具有所需權限。
2. 獲取切換目標用戶信息，並設定當前用戶為目標用戶
3. WindowsManagerService設置當前用戶，鎖定屏幕

4. 切換目標用戶狀態至啟動
5. 廣播REPORT_USER_SWITCH_MSG和USER_SWITCH_TIMEOUT_MSG消息，設定用戶切換和切換超時時間（2秒），此超 時時間用於限定REPORT_USER_SWITCH_MSG廣播全程時間。
6. 切換Activity堆棧至當前用戶
7. 廣播ACTION_USER_SWITCHED消息，各接收組件進行相應操作。 大部分具體操作，比如存儲目錄切換、安全設置 切換等，都在此廣播后進行。

用戶移除流程

用戶移除是通過調用UserManager的 public boolean removeUser(int userHandle) 方法進行的。其具體實現同樣 是在UserManagerService的同名方法中。

在調用時，系統進行如下操作：

1. 檢查調用者是否具有所需權限。
2. 對軟件包變化加鎖
3. 將用戶id加入待移除用戶列表，將用戶狀態設為partial，這樣，在下次系統啟動時，會清除此用戶。
4. 停止用戶，殺掉用戶相關進程。
5. 發送用戶移除的廣播。廣播成功后，刪除用戶描述文件和數據文件。
6. 序列化用戶列表

此外UserManager還提供了 public void wipeUser(int userHandle) 方法，用於刪除單個用戶的所有數據，但保留 用戶賬號。 此方法目前對應的底層實現尚未完成。

多用戶模式的API接口UserManager->UserManagerService

大致結構

與其它系統服務的實現類似，用戶管理也采用了經由Binder調用的遠程服務機制。UserManager為暴露給用戶的接 口，UserManagerService為接口的底層實現。其類圖如下所示：

android.os.UserManager

UserManager是暴露出來的應用程序接口。對於普通應用程序，提供用戶數查詢，用戶狀態判斷和用戶序列號查詢 等基本功能。 普通應用沒有用戶操作權限。

對於系統應用，UserManager提供了創建/刪除/擦除用戶、用戶信息獲取、用戶句柄獲取等用戶操作的接口。均由遠 程調用UserManagerService服務的對應方法實現。

isUserAGoat()

UserManager中提供了一個名為isUserAGoat()的方法。源碼中此方法直接返回了false。此方法的加入純粹是為了給 枯燥的編程生活帶來一絲樂趣，以便寫出：

 while(!isUserAGoat()){

 }

這樣的語句。

com.android.server.pm.UserManagerService

與其它大部分Service一樣，UserManagerService的實現采用了 單例模式。在服務中，由組成為UserInfo類的散列 表mUsers維護所有的用戶狀態。

mUsers在系統啟動時由/data/system/users/userlist.xml讀取生成，並在運行期間動態改變。所有用戶的添加、刪 除操作，都最終序列化回此文件中。

com.android.server.am.ActivityManagerService

ActivityManagerService目前加入了多用戶支持。負責維護設備中存在的所有用戶狀態。服務以下述變量來記錄當 前處於“啟動”狀態的用戶。

 /**
      * Which uses have been started, so are allowed to run code.
      */
     final SparseArray mStartedUsers = new SparseArray();

     /**
      * LRU list of history of current users.  Most recently current is at the end.
      */
     final ArrayList mUserLru = new ArrayList();

     /**
      * Constant array of the users that are currently started.
      */
     int[] mStartedUserArray = new int[] { 0 };

用戶的啟動狀態對象為com.android.server.am.UserStartedState。其中指定的用戶狀態有四種：

• public final static int STATE_BOOTING = 0; //用戶啟動
• public final static int STATE_RUNNING = 1; //運行中
• public final static int STATE_STOPPING = 2; //停止中
• public final static int STATE_SHUTDOWN = 3; //用戶關閉狀態

完整的用戶生命周期為：
BOOTING->RUNNING->STOPPING->SHUTDOWN

用戶必須處於RUNNING狀態時，才能作為切換的目標用戶。所以在用戶切換流程中，首先要判斷當前用戶的狀態， 並啟動STOPPING/SHUTDOWN狀態的用戶。

多用戶模式的牽涉面

鎖屏界面

用戶最先體驗到多用戶的入口位置即為鎖屏界面。鎖屏界面中加入了用戶切換組件： KeyguardMultiUserSelectorView類。

該類在設備允許多用戶存在的情況下，顯示當前所有用戶的列表。並在用戶進行選擇后，調用 ActivityManagerNative.getDefault().switchUser(int userId)方法進行用戶切換。

外部存儲

對於每個用戶，Android都為其分配了單獨的存儲空間。標准的支持多用戶的外部存儲空間是由init.rc定義的環境 變量所指定：

 # See storage config details at <a href="http://source.android.com/tech/storage/">http://source.android.com/tech/storage/</a>
 mkdir /mnt/shell/emulated 0700 shell shell
 mkdir /storage/emulated 0555 root root

 export EXTERNAL_STORAGE /storage/emulated/legacy
 export EMULATED_STORAGE_SOURCE /mnt/shell/emulated
 export EMULATED_STORAGE_TARGET /storage/emulated

 # Support legacy paths
 symlink /storage/emulated/legacy /sdcard
 symlink /storage/emulated/legacy /mnt/sdcard
 symlink /storage/emulated/legacy /storage/sdcard0
 symlink /mnt/shell/emulated/0 /storage/emulated/legacy

在Dalvik虛擬機初始化的過程中，會以dalvik_system_Zygote.cpp中的mountEmulatedStorage函數，使用帶有 MS_BIND參數的mount命令， 將用戶對應的外部存儲卡目錄mount到上述定義的TARGET目錄下。其判斷應用userid的 方式為： 以當前應用的uid/100000,獲得對應的userid，這段邏輯位於system/core/libcutils/multiuser.c中。

而Environment類中相應的獲取外部存儲目錄的方法，也是由上述環境變量所獲得。對於每個用戶，其標准外部存 儲路徑為：

EMULATED_STORAGE_TARGET/userid/

比如：

/storage/emulated/0 為主用戶的外部存儲路徑。

包管理(PackageManagerService)

在多用戶環境下，所有用戶安裝的應用仍然同以前一樣，放置於/data/app目錄下。但原先/data/data的數據存儲位 置目前僅對主用戶有效，其余用戶的數據存儲目錄則位於/data/user/用戶id/目錄下。 此目錄的創建是在創建用戶 時由前述的MountService完成的。

對於每個用戶，系統都會以PackageuserState類來維護其安裝的軟件狀態。此列表以散列表的形式存在，由 PackageSettingBase類維護。所有的包——用戶關系和狀態最終仍然序列化至/data/system/package.xml中，並保留 /data/system/package-backup.xml作為備份。

可能的發展

Guest用戶的實現

目前代碼中已經存在諸如 isGuestEnabled() 之類的方法。但沒有對開發公開，可以預計今后會加入Guest用戶， 實現“隨手玩玩”模式