【Android】ADB工具原理探究

ADB简介

Android Debug Bridge (adb) 是一个Android的命令行工具。可以用来连接模拟器或实际的移动设备。比如 adb logcat, adb shell。Dalvik Debug Monitor Server(DDMS) 后台也是运行的adb来实现监控调试移动设备。

总体而言，adb有两个用途：

• 监控连接设备 ：adb会监控所有已经连接设备(包括模拟器)，譬如设备所处的状态：ONLINE，OFFLINE, BOOTLOADER或RECOVERY。
• 提供操作命令 ：adb提供了很多命令(adb shell，adb pull)，来实现对设备的操控。这些操作命令在adb的体系里面，都称为“服务”。

ADB 实现原理

Adb的全称为 Android Debug Bridge：Android调试桥，下图为Android官方对adb的介绍：

Android Debug Bridge (adb) 是一个通用命令行工具，其允许我们与模拟器或连接的 Android 设备进行通信。它可为各种设备操作提供便利，如安装和调试应用，并提供对 Unix shell（可用来在模拟器或连接的设备上运行各种命令）的访问。该工具是一个C/S架构实现的程序，包括三个组件：

• ADB Client：运行在PC上，通过在命令行执行adb，就启动了ADB Client程序
• ADB Server：运行于PC的后台进程，用于管理ADB Client和Daemon间的通信
• ADB Daemon (即adbd) ：运行在模拟器或移动设备上的后台服务。当Android系统启动时，由init程序启动adbd。如果adbd挂了，则adbd会由init重新启动。

您可以在 android_sdk/platform-tools/ 中找到 adb 工具。

ADB 源码

adb的源码在 system/core/adb 目录下，adb和adbd两个二进制程序都是从这个目录下的代码中编译出来的，可以参考 Android.mk 文件，通过宏编译开关ADB_HOST来控制：

Client 和 Server 调用的是adb

ADB_HOST=1

LOCAL_CFLAGS += \
    $(ADB_COMMON_CFLAGS) \
    -D_GNU_SOURCE \
    -DADB_HOST=1 \

LOCAL_CFLAGS_windows := \
    $(ADB_COMMON_windows_CFLAGS)

LOCAL_CFLAGS_linux := \
    $(ADB_COMMON_linux_CFLAGS) \

LOCAL_CFLAGS_darwin := \
    $(ADB_COMMON_darwin_CFLAGS) \
    -Wno-sizeof-pointer-memaccess -Wno-unused-parameter \

LOCAL_MODULE := adb

而 emulator/device 调用adbd

ADB_HOST=0

LOCAL_CFLAGS := \
    $(ADB_COMMON_CFLAGS) \
    $(ADB_COMMON_linux_CFLAGS) \
    -DADB_HOST=0 \
    -D_GNU_SOURCE \
    -Wno-deprecated-declarations \

LOCAL_CFLAGS += -DALLOW_ADBD_NO_AUTH=$(if $(filter userdebug eng,$(TARGET_BUILD_VARIANT)),1,0)

ifneq (,$(filter userdebug eng,$(TARGET_BUILD_VARIANT)))
LOCAL_CFLAGS += -DALLOW_ADBD_DISABLE_VERITY=1
LOCAL_CFLAGS += -DALLOW_ADBD_ROOT=1
endif

LOCAL_MODULE := adbd

1、 在PC HOST端，adb会fork出一个守护进程（不是adbd），即ADB Server，而父进程（ADB Client）继续处理Client请求，所有的Client通过TCP端口号5037进行与Server通信，而Server创建 local socket 与 remote socket，前者用于和Client通信，后者用与远端进行通信，emulator通过TCP，real device则通过usb。

2、在emulator/device端，adbd也创建 local socket 和 remote socket，前者与通过 jdwp 与Java虚拟机进程通信，后者通过 TCP/USB 与 PC HOST通信。

Client和Server虽然是同一个执行程序，但在命令行输入一条adb命令后，实际上完成了一次通信。在Server启动的时候，会将自己绑定到本地的5037端口，当Client有请求到来时，便通过TCP连接Server的5037端口。

通过以下命令，可以看到server的启动日志：

$ adb kill-server && adb devices
* daemon not running. starting it now on port 5037 *
* daemon started successfully *

通过以下命令，可以看到TCP的5037端口，在侦听连接：

$ netstat -l | grep 5037
Proto Recv-Q Send-Q    Local Address   Foreign Address     State
tcp        0      0    127.0.0.1:5037  0.0.0.0:*           LISTEN

当我们执行一些常用的adb命令时，譬如adb devices、adb shell，server就自动启动了，也可以通过adb start-server来启动；如果想要停止server的运行，可以通过adb kill-server来杀掉server进程。

PC上命令行输入adb命令后发生了什么

1. Client 调用某个 adb 命令
2. adb 进程 fork 出一个子进程作为 Server
3. Server 查找当前连接的 emulator/device
4. Server 接收到来自 Client 请求
5. Server 处理请求，将本地处理不了的请求发给 emulator/device
6. 位于 emulator/device 的 adbd拿到请求后交给对应的java虚拟机进程。
7. adbd 将结果发回给 Server
8. Server 将结果发回给 Client

ADB Protocol 通信协议

1. ADB Client 和 ADB Server 间的通信

这个数据通道是一个本地TCP连接，ADB Server启动以后，在本地的5037端口侦听。ADB Client通过本地的随机端口与5037端口建立连接。

在这个通道上，Client向Server发送的命令都遵循如下格式：

1. 命令的长度(Length)，由四位的十六进制表示
2. 实际的命令(Payload)，通过ASCII编码

Client 和 Server 间传输的命令定义源码在 /system/core/adb/SERVICES.TXT 文件中，截取部分命令如下。

This file tries to document all requests a client can make
to the ADB server of an adbd daemon. See the OVERVIEW.TXT document
to understand what's going on here.

HOST SERVICES:

host:version
    Ask the ADB server for its internal version number.

    As a special exception, the server will respond with a 4-byte
    hex string corresponding to its internal version number, without
    any OKAY or FAIL.

host:kill
    Ask the ADB server to quit immediately. This is used when the
    ADB client detects that an obsolete server is running after an
    upgrade.

host:devices
host:devices-l
    Ask to return the list of available Android devices and their
    state. devices-l includes the device paths in the state.
    After the OKAY, this is followed by a 4-byte hex len,
    and a string that will be dumped as-is by the client, then
    the connection is closed
    
// 以下省略...

譬如，查看adb当前的版本，Client会发起如下命令：

000Chost:version

000C：表示”host:version”这条命令的长度为12个字节；

host前缀：是为了区分其他类型的命令(后面还会看到shell前缀的命令)；

Server收到Client的请求后，返回的数据遵循如下格式：

1. 如果成功，则返回四个字节的字符串”OKAY“
2. 如果失败，则返回四个字节的字符串”FAIL“和出错原因
3. 如果异常，则返回错误码

当Client收到Server返回的”OKAY“后，就可以发继续发起其他操作命令了。

2. ADB Daemon 和 ADB Server 间的通信 — transport协议

Android 源码中关于 transport 协议的定义在 system/core/adb/protocol.txt 文件中。下面是 message header 的格式，共占用24字节，分为6个字段（即每个字段占用4字节）：

The transport layer deals in "messages", which consist of a 24 byte
header followed (optionally) by a payload.  The header consists of 6
32 bit words which are sent across the wire in little endian format.

struct message {
    unsigned command;       /* command identifier constant (A_CNXN, ...) */
    unsigned arg0;          /* first argument                            */
    unsigned arg1;          /* second argument                           */
    unsigned data_length;   /* length of payload (0 is allowed)          */
    unsigned data_crc32;    /* crc32 of data payload                     */
    unsigned magic;         /* command ^ 0xffffffff                      */
};

并且定义了7种 command，以及每种指令后携带的参数含义 ：

--- message command constants ------------------------------------------

#define A_SYNC 0x434e5953
#define A_CNXN 0x4e584e43
#define A_AUTH 0x48545541
#define A_OPEN 0x4e45504f
#define A_OKAY 0x59414b4f
#define A_CLSE 0x45534c43
#define A_WRTE 0x45545257

几个问题

一、PC上为什么要有一个ADB Server，而不是ADB Client 和 ADB Daemon 直接通信呢？

因为 ADB 是一个需要支持多对多架构的工具，一个PC可以连接多台手机设备或虚拟机，一个手机也可以同时连接多台PC。就需要一个统一的Sever管理多个设备的连接。

参考资料

• 【android】Android ADB工具 adb,adbd,client,server之间的关系
• adb介绍