ABI 管理

不同 Android 手机使用不同的 CPU,因此支持不同的指令集。CPU 与指令集的每种组合都有其自己的应用二进制界面(或 ABI)。 ABI 可以非常精确地定义应用的机器代码在运行时如何与系统交互。 您必须为应用要使用的每个 CPU 架构指定 ABI。

典型的 ABI 包含以下信息:

  • 机器代码应使用的 CPU 指令集。
  • 运行时内存存储和加载的字节顺序。
  • 可执行二进制文件(例如程序和共享库)的格式,以及它们支持的内容类型。
  • 用于解析内容与系统之间数据的各种约定。这些约定包括对齐限制,以及系统如何使用堆栈和在调用函数时注册。
  • 运行时可用于机器代码的函数符号列表 - 通常来自非常具体的库集。

本页枚举了 NDK 支持的 ABI,并且提供每个 ABI 如何运行的信息。

支持的 ABI

每个 ABI 支持一个或多个指令集。表 1 提供每个 ABI 支持的指令集概览。

表 1. ABI 和支持的指令集。

ABI 支持的指令集 说明
armeabi
  • ARMV5TE 和更高版本
  • Thumb-1
  • 无硬浮点。
    armeabi-v7a
  • armeabi
  • Thumb-2
  • VFPv3-D16
  • 其他(可选)
  • 与 ARMv5、v6 设备不兼容。
    arm64-v8a
  • AArch-64
  • x86
  • x86 (IA-32)
  • MMX
  • SSE/2/3
  • SSSE3
  • 不支持 MOVBE 或 SSE4。
    x86_64
  • x86-64
  • MMX
  • SSE/2/3
  • SSSE3
  • SSE4.1、4.2
  • POPCNT
  • mips
  • MIPS32r1 及更高版本
  • 使用硬浮点,并且假设 CPU:FPU 时钟比率为 2:1 以获取最大兼容性。 不提供 micromips 或 MIPS16。
    mips64
  • MIPS64r6
  • 有关下面每个 ABI 的更多详细信息。

    armeabi

    此 ABI 适用于基于 ARM、至少支持 ARMv5TE 指令集的 CPU。 请参阅以下文档了解详情:

    AAPCS 标准将 EABI 定义为类似但不同 ABI 的系列。 此外,Android 还采用小字节序 ARM GNU/Linux ABI

    此 ABI 不支持硬件辅助的浮点计算。 相反,所有浮点运算都使用编译器 libgcc.a 静态库中的软件帮助程序函数。

    armeabi ABI 支持 ARM 的 Thumb(亦称 Thumb-1)指令集。NDK 默认生成 Thumb 代码,除非您在 Android.mk 文件中使用 LOCAL_ARM_MODE 变量指定不同的行为。

    armeabi-v7a

    此 ABI 可扩展 armeabi 以包含多个 CPU 指令集扩展。 此 Android 特定 ABI 支持的指令扩展包括:

    • Thumb-2 指令集扩展,其性能堪比 32 位 ARM 指令,简洁性类似于 Thumb-1。
    • VFP 硬件 FPU 指令。更具体一点,包括 VFPv3-D16,它除了 ARM 核心中的 16 个 32 位寄存器之外,还包含 16 个专用 64 位浮点寄存器。

    v7-a ARM 规格描述的其他扩展,包括 高级 SIMD(亦称 NEON)、VFPv3-D32 和 ThumbEE,都是此 ABI 可选的。 由于不能保证它们存在,因此系统在运行时应检查扩展是否可用。 如果不可用,则必须使用替代代码路径。此检查类似于系统在检查或使用 MMXSSE2 及 x86 CPU 上其他专用指令集时所执行的检查。

    如需了解有关如何执行这些运行时检查的信息,请参阅 cpufeatures。另外,有关 NDK 支持为 NEON 构建机器代码的信息,请参阅 NEON 支持

    armeabi-v7a ABI 使用 -mfloat-abi=softfp 开关强制实施规则,要求编译器在函数调用时必须传递核心寄存器对中的所有双精度值,而不是专用浮点值。 系统可以使用 FP 寄存器执行所有内部计算。 这样可极大地加速计算。

    arm64-v8a

    此 ABI 适用于基于 ARMv8、支持 AArch64 的 CPU。它还包含 NEON 和 VFPv4 指令集。

    如需了解详细信息,请参阅 ARMv8 技术预览,并联系 ARM 了解进一步的详细信息。

    x86

    此 ABI 适用于支持通常称为“x86”或“IA-32”的指令集的 CPU。 此 ABI 的特性包括:

    • 指令一般由具有编译器标志的 GCC 生成,如下所示:
      -march=i686 -mtune=intel -mssse3 -mfpmath=sse -m32
      

      这些标志指向 Pentium Pro 指令集,伴随 MMXSSESSE2SSE3SSSE3 指令集扩展。生成的代码在顶层 Intel 32 位 CPU 之间进行了均衡优化。

      如需了解有关编译器标志的详细信息,特别是与性能优化相关的信息,请参阅 GCC x86 性能提示

    • 使用标准 Linux x86 32 位调用约定,与 SVR 使用的约定相反。如需了解详细信息,请参阅不同 C++ 编译器和操作系统的调用约定的第 6 节“寄存器的使用”。

    ABI 不含任何其他可选的 IA-32 指令集扩展,例如:

    • MOVBE
    • SSE4 的任何变体。

    您仍可使用这些扩展,只要您使用运行时功能探测来启用它们,并且为不支持它们的设备提供备用方法。

    NDK 工具链假设在函数调用之前进行 16 位栈对齐。默认工具和选项强制执行此规则。 如果编写的是汇编代码,必须确保栈对齐,而且其他编译器也遵守此规则。

    请参阅以下文档了解详情:

    x86_64

    此 ABI 适用于支持通常称为“x86-64”的指令集的 CPU。 它支持 GCC 通常使用以下编译器标志生成的指令:

    -march=x86-64 -msse4.2 -mpopcnt -m64 -mtune=intel
    

    这些标志指向 x86-64 指令集(根据 GCC 文档),伴随 MMXSSESSE2SSE3SSSE3SSE4.1SSE4.2POPCNT 指令集扩展。 生成的代码在顶层 Intel 64 位 CPU 之间进行了均衡优化。

    如需了解有关编译器标志的详细信息,特别是与性能优化相关的信息,请参阅 GCC x86 性能

    此 ABI 不含任何其他可选的 x86-64 指令集扩展,例如:

    • MOVBE
    • SHA
    • AVX
    • AVX2

    您仍可使用这些扩展,只要您使用运行时功能探测来启用它们,并且为不支持它们的设备提供备用方法。

    请参阅以下文档了解详情:

    mips

    此 ABI 适用于基于 MIPS、至少支持 MIPS32r1 指令集的 CPU。它包含以下功能:

    • MIPS32 修订版 1 ISA
    • 小字节序
    • O32
    • 硬浮点
    • 无 DSP 应用特定的扩展

    如需了解详细信息,请参阅以下文档:

    如需了解更具体的详细信息,请参阅 MIPS32 架构。常见问答请参阅 MIPS FAQ

    mips64

    此 ABI 适用于 MIPS64 R6。如需了解详细信息,请参阅 MIPS64 架构

    为特定 ABI 生成代码

    默认情况下,NDK 为 armeabi ABI 生成机器代码。但您可以通过向 Application.mk 文件添加以下行生成 ARMv7-a 兼容的机器代码。

    APP_ABI := armeabi-v7a
    

    要为两个或更多不同的 ABI 构建机器代码,请使用空格作为分隔符。例如:

    APP_ABI := armeabi armeabi-v7a
    

    此设置指示 NDK 为机器代码构建两个版本:此行中所列的每个 ABI 一个。 如需了解有关可以为 APP_ABI 变量指定的值的详细信息,请参阅 Android.mk

    构建多个机器代码版本时,构建系统会将库复制到应用项目路径,并最终将它们封装到 APK 中,从而创建一个胖二进制文件。 胖二进制文件大于只包含一个系统的机器代码的二进制文件;权衡方式是兼容性更广,但 APK 更大。

    在安装时,软件包管理器只解包最适合目标设备的机器代码。 如需了解详细信息,请参阅安装时自动解压缩原生代码

    Android 平台上的 ABI 管理

    本节详细说明 Android 平台如何管理 APK 中的原生代码。

    应用包中的原生代码

    Play 商店和软件包管理器专家预期在 APK 中符合以下模式的文件路径上查找 NDK 生成的库:

    /lib/<abi>/lib<name>.so
    

    这里的 <abi>支持的 ABI 下面列出的 ABI 名称之一,<name> 是您为 Android.mk 文件中的 LOCAL_MODULE 变量定义库时使用的库名称。 由于 APK 文件只是 zip 文件,因此打开它们并确认它们属于哪些共享原生库很简单。

    如果系统在预期位置找不到原生共享库,便无法使用它们。 在这种情况下,应用本身必须复制这些库,然后执行 dlopen()

    在胖二进制文件中,每个库位于其名称与相应 ABI 匹配的目录下。例如,胖二进制文件可能包含:

    /lib/armeabi/libfoo.so
    /lib/armeabi-v7a/libfoo.so
    /lib/arm64-v8a/libfoo.so
    /lib/x86/libfoo.so
    /lib/x86_64/libfoo.so
    /lib/mips/libfoo.so
    /lib/mips64/libfoo.so
    

    :运行 4.0.3 或更早版本、基于 ARMv7 的 Android 设备从 armeabi 目录(而非 armeabi-v7a 目录,如果两个目录都存在)安装原生库。 这是因为在 APK 中,/lib/armeabi//lib/armeabi-v7a/ 后面。 从 4.0.4 开始,此问题已修复。

    Android 平台 ABI 支持

    Android 系统在运行时知道它支持哪些 ABI,因为版本特定的系统属性会指示:

    • 设备的主要 ABI,与系统映像本身使用的机器代码对应。
    • 可选的辅助 ABI,与系统映像也支持的另一个 ABI 对应。

    此机制确保系统在安装时从软件包提取最佳机器代码。

    为实现最佳性能,应直接针对主要 ABI 进行编译。例如,基于 ARMv5TE 的典型设备只会定义主要 ABI:armeabi。 相反,基于 ARMv7 的典型设备将主要 ABI 定义为 armeabi-v7a,而将辅助 ABI 定义为 armeabi,因为它可以运行为每个 ABI 生成的应用原生二进制文件。

    许多基于 x86 的设备也可运行 armeabi-v7aarmeabi NDK 二进制文件。对于这些设备,主要 ABI 将是 x86,辅助 ABI 是 armeabi-v7a

    基于 MIPS 的典型设备只定义主要 ABI:mips

    安装时自动解压缩原生代码

    安装应用时,软件包管理器服务将扫描 APK,查找以下形式的任何共享库:

    lib/<primary-abi>/lib<name>.so
    

    如果未找到,并且您已定义辅助 ABI,该服务将扫描以下形式的共享库:

    lib/<secondary-abi>/lib<name>.so
    

    找到所需的库时,软件包管理器会将它们复制到应用的 data 目录 (data/data/<package_name>/lib/) 下的 /lib/lib<name>.so

    如果根本没有共享对象文件,应用也会构建并安装,但在运行时会崩溃。