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Appareils multicœurs et Xamarin.Android

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Android peut s’exécuter sur plusieurs architectures d’ordinateur différentes. Ce document décrit les différentes architectures d’UC qui peuvent être employées pour une application Xamarin.Android. Ce document explique également comment les applications Android sont empaquetées pour prendre en charge des architectures d’UC différentes. Nous présenterons l’interface binaire d’application (ABI), et fournirons des conseils concernant les ABI à utiliser dans une application de Xamarin.Android.

Vue d’ensemble

Android permet la création de « binaires FAT », un seul fichier .apk qui contient une version compilée de l’application pour chaque architecture de processeur. Cela est accompli en associant chaque partie du code machine avec une Interface binaire d’application. L’ABI sert à contrôler le code exécuté sur un appareil spécifique. Par exemple, pour une application Android qui s’exécute sur un appareil x86, il est nécessaire d’inclure la prise en charge des ABI x86 lors de la compilation de l’application.

Plus précisément, chaque application Android prend en charge au moins une interface binaire d’application intégrée (EABI). Les EABI sont des conventions spécifiques à des programmes logiciels intégrés. Une EABI classique décrira des choses telles que :

  • Le jeu d'instructions UC.

  • Le mode Endian des écritures et lectures mémoire au moment de l’exécution.

  • Le format binaire des fichiers objet et bibliothèques du programme, ainsi que le type de contenu autorisé ou pris en charge dans ces fichiers et des bibliothèques.

  • Les différentes conventions utilisées pour passer des données entre le code d’application et le système (par exemple : comment les registres et/ou de la pile sont utilisés lorsque les fonctions sont appelées, les contraintes d’alignement, etc.)

  • Les contraintes d’alignement et de taille pour les types enum, les structures, les champs et les tableaux.

  • La liste des symboles de fonction disponibles pour votre code machine au moment de l’exécution, généralement à partir d’un ensemble très spécifique de bibliothèques.

armeabi et sécurité des threads

L’interface binaire d’application sera abordée en détail ci-dessous, mais il est important de se rappeler que le runtime armeabi utilisé par Xamarin.Android n’est pas thread-safe. Si une application prenant en charge armeabi est déployée sur un appareil armeabi-v7a, de nombreuses exceptions étranges et inexplicables se produiront.

En raison d’un bogue dans Android 4.0.0 4.0.1, 4.0.2 et 4.0.3, les bibliothèques natives sont récupérées à partir du répertoire armeabi même s’il existe un répertoire armeabi-v7a et que l’appareil est un appareil armeabi-v7a.

Remarque

Xamarin.Android vérifie que les fichiers .so sont ajoutés à l’APK dans l’ordre approprié. Ce bogue ne devrait pas poser problème pour les utilisateurs de Xamarin.Android.

Descriptions des ABI

Chaque ABI prise en charge par Android est identifiée par un nom unique.

armeabi

Il s’agit du nom d’une EABI pour les UC ARM qui prennent en charge au moins le jeu d’instructions ARMv5TE. Android suit l’ABI little-endian ARM GNU/Linux. Cette ABI ne prend pas en charge les calculs en virgule flottante avec accélération matérielle. Toutes les opérations de virgule flottante sont effectuées par les fonctions d’assistance provenant de la bibliothèque statique libgcc.a du compilateur. Les appareils SMP ne sont pas pris en charge par armeabi.

Important

Le code armeabi de Xamarin.Android n’est pas thread-safe et ne doit pas être utilisé sur des appareils armeabi-v7a multiprocesseurs (décrits ci-dessous). L’utilisation de code armeabi sur les appareils armeabi-v7a à un seul cœur est sûre.

armeabi-v7a

Il s’agit d’un autre jeu d’instructions d’UC ARM qui étend l’EABI armeabi décrite ci-dessus. L’EABI armeabi-v7a prend en charge les opérations à virgule flottante avec accélération matérielle et les appareils multiprocesseur (SMP). Une application qui utilise l’EABI armeabi-v7a devrait apporter des améliorations des performances sur une application qui utilise armeabi.

Remarque

Le code machine armeabi-v7a ne fonctionnera pas sur les appareils ARMv5.

arm64-v8a

Il s’agit d’un jeu d’instructions de 64 bits basé sur l’architecture d’UC ARMv8. Cette architecture est utilisée dans le Nexus 9. Xamarin.Android 5.1 a inauguré la prise en charge de cette architecture (pour plus d’informations, consultez Prise en charge du runtime 64 bits).

x86

C’est le nom d’une ABI pour les processeurs qui prennent en charge le jeu d’instructions couramment nommé x86 ou IA-32. Cette ABI correspond à des instructions pour le jeu d’instructions Pentium Pro, y compris les jeux d’instructions MMX, SSE, SSE2 et SSE3. Elle n’inclut pas toutes d’autres extensions de jeu d’instructions IA-32 facultatives telles que :

  • L’instruction MOVBE.
  • L’extension SSE3 supplémentaire (SSSE3).
  • Toute variante de SSE4.

Remarque

Google TV, bien qu’il s’exécute sur x86, n’est pas pris en charge par Android NDK.

x86_64

C’est le nom d’une ABI pour les processeurs qui prennent en charge le jeu d’instructions x86 64 bits couramment nommé x64 ou AMD64. Xamarin.Android 5.1 a inauguré la prise en charge de cette architecture (pour plus d’informations, consultez Prise en charge du runtime 64 bits).

Format de fichier APK

Le format de fichier Package d’application Android contient tout le code, les ressources et les certificats nécessaires pour une application Android. Il s’agit d’un fichier .zip, mais il utilise l’extension de nom de fichier .apk. Quand il est développé, le contenu d’un .apk créé par Xamarin.Android peut être consulté comme dans la capture d’écran ci-dessous :

Contents of the .apk

Une description rapide du contenu du fichier .apk :

  • AndroidManifest.xml : il s’agit du AndroidManifest.xml fichier, au format XML binaire.

  • classes.dex : contient le code de l’application, compilé dans le format de dex fichier utilisé par la machine virtuelle runtime Android.

  • resources.arsc : ce fichier contient toutes les ressources précompilées de l’application.

  • lib : ce répertoire contient le code compilé pour chaque ABI. Il contient un sous-dossier pour chaque ABI qui a été décrite dans la section précédente. Dans la capture d’écran ci-dessus, le fichier .apk en question a des bibliothèques natives pour armeabi-v7a et x86.

  • META-INF : ce répertoire (le cas échéant) est utilisé pour stocker les informations de signature, le package et les données de configuration de l’extension.

  • res : ce répertoire contient les ressources qui n’ont pas été compilées en resources.arsc .

Remarque

Le fichier libmonodroid.so est la bibliothèque native nécessaire pour toutes les applications Xamarin.Android.

Prise en charge des ABI par les appareils Android

Chaque appareil Android prend en charge l’exécution de code natif dans jusqu'à deux ABI :

  • ABI « principal » : correspond au code de l’ordinateur utilisé dans l’image système.

  • ABI « secondaire » : il s’agit d’une ABI facultative qui est également prise en charge par l’image système.

Par exemple, un appareil ARMv5TE typique n’a qu’une ABI principale de armeabi, tandis qu’un appareil ARMv7 spécifiera une ABI principale de armeabi-v7a et une secondaire de armeabi. Un appareil x86 typique spécifie uniquement une ABI principale de x86.

Installation de la bibliothèque native Android

Au moment de l’installation du package, les bibliothèques natives dans les .apk sont extraites dans le répertoire des bibliothèques natives de l’application, généralement /data/data/<package-name>/lib, et sont ensuite appelées $APP/lib.

Le comportement d’installation des bibliothèques natives Android varie considérablement entre les versions d’Android.

Installation des bibliothèques natives : Android avant la version 4.0

Les versions antérieures à Android 4.0 Ice Cream Sandwich extraient uniquement les bibliothèques natives à partir d’une ABI unique dans le .apk. Les applications Android de cette période tentent d’abord d’extraire toutes les bibliothèques natives pour l’ABI principale, et si aucune de ces bibliothèques n’existe, Android extrait ensuite toutes les bibliothèques natives pour l’ABI secondaire. Aucune « fusion » n’est effectuée.

Par exemple, prenons le cas où une application est installée sur un appareil armeabi-v7a. Le fichier .apk, qui prend en charge armeabi et armeabi-v7a, a les répertoires lib et fichiers d’ABI suivants :

lib/armeabi/libone.so
lib/armeabi/libtwo.so
lib/armeabi-v7a/libtwo.so

Après l’installation, le répertoire de bibliothèques natives contiendra :

$APP/lib/libtwo.so # from the armeabi-v7a directory in the apk

En d’autres termes, aucun libone.so n’est installé. Cela entraîne des problèmes, car libone.so n’est pas présent pour que l’application le charge au moment de l’exécution. Ce comportement, bien qu’inattendu, a été enregistré comme un bogue et reclassifié sous « Fonctionne comme prévu. »

Par conséquent, lorsque vous ciblez des versions d’Android antérieures à 4.0, il est nécessaire de fournir toutes les bibliothèques natives pour chaque ABI que l’application prendra en charge. Autrement dit, .apk doit contenir :

lib/armeabi/libone.so
lib/armeabi/libtwo.so
lib/armeabi-v7a/libone.so
lib/armeabi-v7a/libtwo.so

Installation de bibliothèques natives : Android 4.0 – Android 4.0.3

Android 4.0 Ice Cream Sandwich modifie la logique d’extraction. Il énumère toutes les bibliothèques natives, vérifie si le nom de base du fichier a déjà été extrait. Puis, si les deux conditions suivantes sont remplies, la bibliothèque est extraite :

  • Elle n’a pas encore été extraite.

  • L’ABI de la bibliothèque native correspond à l’ABI principale ou secondaire de la cible.

La validation de ces conditions permet un comportement de « fusion ». Autrement dit, si nous avons un .apk avec le contenu suivant :

lib/armeabi/libone.so
lib/armeabi/libtwo.so
lib/armeabi-v7a/libtwo.so

Alors après l’installation, le répertoire de bibliothèques natives contient :

$APP/lib/libone.so
$APP/lib/libtwo.so

Malheureusement, ce comportement repose sur l’ordre, comme décrit dans le document suivant - Problème 24321 : Galaxy Nexus 4.0.2 utilise le code natif armeabi lorsque armeabi et armeabi-v7a sont tous deux inclus dans l’apk.

Les bibliothèques natives sont traitées « dans l’ordre » (celui indiqué par, par exemple, unzip) et le première correspondance est extraite. Étant donné que le fichier .apk contient les versions armeabi et armeabi-v7a de libtwo.so et que armeabi est répertorié en premier, c’est la version armeabi qui est extraite, et pasarmeabi-v7a :

$APP/lib/libone.so # armeabi
$APP/lib/libtwo.so # armeabi, NOT armeabi-v7a!

En outre, même si les deux ABI armeabi et armeabi-v7a sont spécifiées (comme décrit ci-dessous dans la section Déclaration des ABI prises en charge), Xamarin.Android crée l’élément suivant. csproj:

<AndroidSupportedAbis>armeabi,armeabi-v7a</AndroidSupportedAbis>

Par conséquent, armeabilibmonodroid.so est trouvé en premier dans le fichier .apk. C’est donc armeabilibmonodroid.so qui est extrait, même si armeabi-v7alibmonodroid.so est présent et optimisé pour la cible. Cela peut également entraîner des erreurs d’exécution obscures, car armeabi n’est pas SMP-safe.

Installation des bibliothèques natives : Android 4.0.4 et versions ultérieures

Android 4.0.4 modifie la logique d’extraction : il énumère toutes les bibliothèques natives, lit le nom de base du fichier, puis extrait la version ABI principale (le cas échéant), ou l’ABI secondaire (le cas échéant). Cela permet un comportement de « fusion ». Autrement dit, si nous avons un .apk avec le contenu suivant :

lib/armeabi/libone.so
lib/armeabi/libtwo.so
lib/armeabi-v7a/libtwo.so

Alors après l’installation, le répertoire de bibliothèques natives contient :

$APP/lib/libone.so # from armeabi
$APP/lib/libtwo.so # from armeabi-v7a

Xamarin.Android et les ABI

Xamarin.Android prend en charge les architectures 64 bits suivantes :

  • arm64-v8a
  • x86_64

Remarque

Depuis août 2018, les nouvelles applications doivent cibler l’API de niveau 26, et à partir d’août 2019, les applications devront fournir des versions 64 bits en plus des versions 32 bits.

Xamarin.Android prend en charge les architectures 32 bits suivantes :

  • armeabi ^
  • armeabi-v7a
  • x86

Remarque

^ Depuis Xamarin.Android 9.2, armeabi n’est plus pris en charge.

Xamarin.Android ne fournit pas actuellement la prise en charge de mips.

Déclaration des ABI prises en charge

Par défaut, Xamarin.Android utilise armeabi-v7a pour les versions de Production, et armeabi-v7a et x86 pour les versions de Débogage. Vous pouvez définir la prise en charge d’ABI différentes via les Options de projet pour un projet Xamarin.Android. Dans Visual Studio, cela peut être défini dans le page Options Android des Propriétés du projet, sous l’onglet Avancé, comme indiqué dans la capture d’écran suivante :

Android Options Advanced properties

Dans Visual Studio pour Mac, les architectures prises en charge peuvent être sélectionnées dans la page Build Android des Options du projet, sous l’onglet Avancé, comme indiqué dans la capture d’écran suivante :

Android Build Supported ABIs

Il existe certaines situations où il peut être nécessaire de déclarer une prise en charge supplémentaire d’ABI, par exemple lorsque :

  • Vous déployez l’application sur un appareil x86.

  • Vous déployez l’application sur un appareil armeabi-v7a pour garantir la sécurité des threads.

Résumé

Ce document décrit les différentes architectures d’UC qui peuvent être employées pour une application Android. Il présentait l’interface binaire d’application et comment elle est utilisée par Android pour prendre en charge différentes architectures d’UC. Il expliquait ensuite comment spécifier la prise en charge des ABI dans une application Xamarin.Android et soulignait les problèmes qui surviennent lors de l’utilisation des applications Xamarin.Android uniquement destinées à armeabi sur un appareil armeabi-v7a.