[Android 5.1] 多用户管理UserManager相关整理

1. 概述

当前版本(Android 5.1)下，多用户管理适用于平板模式（手机版本可能受限于版本等原因）。
多用户模式下，不同用户运行在不同的用户空间，共享具体的应用实例（即不同的用户下，其应用版本是一致的），但拥有各自不同的配置。

本文不会对具体的代码进行解读，只会对相关概念、关联性较强的部分加以说明，目的在于对Android下多用户管理进行整体描述。

主要相关的代码路径如下：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/UserManagerService.java
frameworks/base/core/java/android/os/UserManager.java
frameworks/base/core/java/android/content/pm/UserInfo.java
frameworks/base/core/java/android/os/UserHandle.java
frameworks/base/core/java/android/os/Process.java
frameworks/base/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java

2. 用户数据目录分析

在 /data/system/users 目录下，可以看到如下片段：

 drwx------ system   system            2017-12-22 09:15 0-rw------- system   system        193 2017-12-16 15:20 0.xml-rw------- system   system        128 2017-12-16 15:20 userlist.xml

其中 0.xml 记录了 user-0（即root用户，在Process.java中定义了ROOT_UID=0）的相关信息（相关属性字段在UserInfo.java中可以找到）：

<?xml version='1.0' encoding='utf-8' standalone='yes' ?>
<user id="0" serialNumber="0" flags="19" created="0" lastLoggedIn="1513408822281"><name>机主</name><restrictions />
</user>

其中的serialNumber会递增存储，即不会重复使用（在UserManagerService.java的private UserInfo createUserInternal(String name, int flags, int parentId) 方法中，有如下字样的代码：

userInfo.serialNumber = mNextSerialNumber++;

而对应的用户id，每次新建用户时，会通过如下方法获得可用的id:

/*** Returns the next available user id, filling in any holes in the ids.* TODO: May not be a good idea to recycle ids, in case it results in confusion* for data and battery stats collection, or unexpected cross-talk.* @return*/
private int getNextAvailableIdLocked() {synchronized (mPackagesLock) {int i = MIN_USER_ID;while (i < Integer.MAX_VALUE) {if (mUsers.indexOfKey(i) < 0 && !mRemovingUserIds.get(i)) {break;}i++;}return i;}
}

而在 0 目录下，对应存放了一些系统配置信息：

 accounts.dbaccounts.db-journalappwidgets.xmlpackage-restrictions.xmlusb_device_manager.xmlwallpaperwallpaper_info.xml

而在userlist.xml中，对应存放了所有用户信息：

<?xml version='1.0' encoding='utf-8' standalone='yes' ?>
<users nextSerialNumber="10" version="4"><user id="0" />
</users>

在上述配置文件中，可以看出，系统在/data/system/users目录下管理不同用户的配置信息，android版本的多用户管理是在Linux版本之上的简化、封装，譬如Linux系统下，除了user-id以外，还有group-id、文件权限等（不是本文重点，不做赘述）。

而系统是否支持多用户，在UserManager.java中有明确的函数实现：

    public static boolean supportsMultipleUsers() {return getMaxSupportedUsers() > 1&& SystemProperties.getBoolean("fw.show_multiuserui",Resources.getSystem().getBoolean(R.bool.config_enableMultiUserUI));}

3. 用户权限

UserManager中定义了相关的用户操作权限，

DISALLOW_MODIFY_ACCOUNTS = "no_modify_accounts";
DISALLOW_CONFIG_WIFI = "no_config_wifi";
DISALLOW_INSTALL_APPS = "no_install_apps";
DISALLOW_UNINSTALL_APPS = "no_uninstall_apps";
DISALLOW_SHARE_LOCATION = "no_share_location";
DISALLOW_INSTALL_UNKNOWN_SOURCES = "no_install_unknown_sources";
DISALLOW_CONFIG_BLUETOOTH = "no_config_bluetooth";
DISALLOW_USB_FILE_TRANSFER = "no_usb_file_transfer";
DISALLOW_CONFIG_CREDENTIALS = "no_config_credentials";
DISALLOW_REMOVE_USER = "no_remove_user";
DISALLOW_DEBUGGING_FEATURES = "no_debugging_features";
DISALLOW_CONFIG_VPN = "no_config_vpn";
DISALLOW_CONFIG_TETHERING = "no_config_tethering";
DISALLOW_FACTORY_RESET = "no_factory_reset";
DISALLOW_ADD_USER = "no_add_user";
ENSURE_VERIFY_APPS = "ensure_verify_apps";
DISALLOW_CONFIG_CELL_BROADCASTS = "no_config_cell_broadcasts";
DISALLOW_CONFIG_MOBILE_NETWORKS = "no_config_mobile_networks";
DISALLOW_APPS_CONTROL = "no_control_apps";
DISALLOW_MOUNT_PHYSICAL_MEDIA = "no_physical_media";
DISALLOW_UNMUTE_MICROPHONE = "no_unmute_microphone";
DISALLOW_ADJUST_VOLUME = "no_adjust_volume";
DISALLOW_OUTGOING_CALLS = "no_outgoing_calls";
DISALLOW_SMS = "no_sms";
DISALLOW_CREATE_WINDOWS = "no_create_windows";
DISALLOW_CROSS_PROFILE_COPY_PASTE = "no_cross_profile_copy_paste";
DISALLOW_OUTGOING_BEAM = "no_outgoing_beam";

此类权限主要用于一些系统功能的控制，也包含了用户的添加、删除等。

4. UserHandle 用户处理

UserHandle.java中，其内部值通过 final int mHandle 变量保存，用于保存对应的userId，UserHandle中定义了几个特殊的userId：

userId	值	注释
USER_OWNER	0	the “owner” user of the device （机主用户）
USER_ALL	-1	all users on the device （设备上所有用户）
USER_CURRENT	-2	the currently active user （当前用户）
USER_CURRENT_OR_SELF	-3	A user handle to indicate that we would like to send to the current user, but if this is calling from a user process then we will send it to the caller’s user instead of failing with a security exception （1、当前用户 2、调用者所在用户非当前用户时返回对应用户）
USER_NULL	-1000	An undefined user id （未定义用户）

4.1 uid、appId、userId、userGid、sharedAppId

userId：用户id，即上文中所说的多用户id，UserHandle中定义了几个特殊值（0、-1、2、-3、-1000），其中0值作为默认用户id，无论是否存在多用户状态，均为此值，其余userId根据添加时缓存情况变化，上文稍有提及
appId(base uid)：与用户id无关的应用程序id，取值范围为 [0, 100000)，UserHandle中定义了PER_USER_RANGE = 100000，即每个user下允许的uid个数，根据对应的方法和说明可以知道其对应范围。所有的系统应用、用户应用均在此范畴，下文会对Process中的对应uid进行说明
uid： userId与appId结合下的id，其对应的获取可以从UserHandle.getUid方法中找到全貌：

     public static final int getUid(int userId, int appId) {if (MU_ENABLED) {return userId * PER_USER_RANGE + (appId % PER_USER_RANGE);} else {return appId;}}

userGid：获取某个user下的group id。通过getUid(userId, Process.SHARED_USER_GID)获取，即上述getUid方法中的参数appId使用Process.SHARED_USER_GID值获取，从变量描述可知，同一用户下的所有应用共享一个userGid，且此值是唯一的，可见android中的用户组管理直接与user关联，简化了对应管理。
sharedAppId：共享的appId。可以根据对应的uid或appId获取，从下述方法可知，该值其实也是唯一的，只有输入参数id一个变量，其值为 40000+id%100000，应该也只会在某些特殊场景使用到，但是是与userId无关的，粗略看过代码后发现，应该是和某个apk被拆分成多个包的实现有关，譬如abc.apk被拆分成abc-1.apk与abc-2.apk，那么二者需要共享一个appId。

    public static final int getSharedAppGid(int id) {return Process.FIRST_SHARED_APPLICATION_GID + (id % PER_USER_RANGE)- Process.FIRST_APPLICATION_UID;}

UserHandle中其余静态方法解释：

getAppId(int uid)：获取uid的appId，直接通过 uid % PER_USER_RANGE 公式获得，可以从 getUid方法的实现中得知，此处其实是其对应的逆解。

getUserGid(int userId)：获取userId对应的gid，上文有提及，内部直接调用的getUid(userId, Process.SHARED_USER_GID) 。

getUserId(int uid)：获取uid对应的userId，代码中有对MU_ENABLED进行特殊处理，其实 uid / PER_USER_RANGE 公式已经可以满足，因为单用户情况下，uid通常为0. 同样，也是对getUid方法的逆解。

isApp(int uid)：是否是应用进程。 uid <=0 时必然为false，对应UserHandle中定义的几种特殊uid；uid>0时，获得对应的appId，然后进行范围判断 return appId >= Process.FIRST_APPLICATION_UID && appId <= Process.LAST_APPLICATION_UID。

isIsolated(int uid)：是否是完全隔绝的沙箱进程，完全隔绝的沙箱进程每次启动都是独立的，不能复用已有的进程信息。这个进程与系统其他进程分开且没有自己的权限。获得对应的appId后，对其范围进行判断 return appId >= Process.FIRST_ISOLATED_UID && appId <= Process.LAST_ISOLATED_UID。

isSameUser(int uid1, int uid2)：比较两个uid的userId是否相同，即它们是否属于同一个用户 return getUserId(uid1) == getUserId(uid2)。

isSameApp(int uid1, int uid2)：比较两个uid的appId是否相同 getAppId(uid1) == getAppId(uid2)。

myUserId()：获取当前进程的userId => getUserId(Process.myUid())

formatUid(StringBuilder sb, int uid) / formatUid(PrintWriter pw, int uid) 用于将uid进程显示成对应的格式化字符串，即通过ps指令查询到的进程USER值，将对应用户应用拆分成user/app/isolated等组合，形如u0_a20，而系统uid如1000则直接显示为system等，以StringBuilder中的实现为例：

     if (uid < Process.FIRST_APPLICATION_UID) {sb.append(uid);} else {sb.append('u');sb.append(getUserId(uid));final int appId = getAppId(uid);if (appId >= Process.FIRST_ISOLATED_UID && appId <= Process.LAST_ISOLATED_UID) {sb.append('i');sb.append(appId - Process.FIRST_ISOLATED_UID);} else if (appId >= Process.FIRST_APPLICATION_UID) {sb.append('a');sb.append(appId - Process.FIRST_APPLICATION_UID);} else {sb.append('s');sb.append(appId);}}

上述方法本质上都是在相关概念基础上的封装，理解清除各个id的内在含义就会很清楚了。

4.2 特殊的id定义

Process.java中定义了系统应用UID、应用程序应用UID范围、沙盒应用UID范围、共享应用UID范围等：

UID/GID	值	注释
ROOT_UID	0	rootUid，默认根用户id
SYSTEM_UID	1000	systemUid，系统代码运行的 uid/gid
PHONE_UID	1001	the UID/GID under which the telephony code runs
SHELL_UID	2000	the UID/GID for the user shell
LOG_UID	1007	the UID/GID for the log group
WIFI_UID	1010	the UID/GID for the WIFI supplicant process
MEDIA_UID	1013	the UID/GID for the mediaserver process
DRM_UID	1019	the UID/GID for the DRM process(Digital Rights Management数字版权管理)
VPN_UID	1016	the UID/GID for the group that controls VPN services
NFC_UID	1027	the UID/GID for the NFC service process
BLUETOOTH_UID	1002	the UID/GID for the Bluetooth service process
MEDIA_RW_GID	1023	the GID for the group that allows write access to the internal media storage
PACKAGE_INFO_GID	1032	Access to installed package details
SHARED_RELRO_UID	1037	the UID/GID for the shared RELRO file updater process
SHARED_USER_GID	9997	Defines the gid shared by all applications running under the same profile
FIRST_APPLICATION_UID	10000	Defines the start of a range of UIDs (and GIDs), going from this number to {@link #LAST_APPLICATION_UID} that are reserved for assigning to applications （首个应用程序UID，非系统应用，每个用户的首个安装应用id一般均由此值开始）
LAST_APPLICATION_UID	19999	Last of application-specific UIDs starting at {@link #FIRST_APPLICATION_UID}
FIRST_ISOLATED_UID	99000	First uid used for fully isolated sandboxed processes (with no permissions of their own) （首个完全沙盒进程uid，禁止应用访问）
LAST_ISOLATED_UID	99999	Last uid used for fully isolated sandboxed processes (with no permissions of their own)
FIRST_SHARED_APPLICATION_GID	50000	First gid for applications to share resources. Used when forward-locking is enabled but all UserHandles need to be able to read the resources （首个共享gid，用于应用程序共享资源）
LAST_SHARED_APPLICATION_GID	59999	Last gid for applications to share resources. Used when forward-locking is enabled but all UserHandles need to be able to read the resources

5. UserInfo、UserState、用户操作逻辑等

关于UserInfo、UserState以及对应的用户创建、删除、启动逻辑等，可参考如下两个链接中描述，非本文重点，不加赘述：

多用户管理UserManager
Android UserManager相关源码分析