多核心裝置和 Xamarin.Android

發行項
07/14/2023

Android 可以在數種不同的電腦架構上執行。本文件會討論可供 Xamarin.Android 應用程式運用的不同 CPU 架構。本文件也會說明如何封裝 Android 應用程式以支援不同的 CPU 架構。文中會介紹應用程式二進位介面 (ABI)，並提供在 Xamarin.Android 應用程式中要使用哪些 ABI 的相關指導方針。

概觀

Android 能夠建立「fat 二進位檔」，這是單一的 .apk 檔案，其中包含會支援多個不同 CPU 架構的機器碼。為了實現這個功能，它會讓機器碼的每一段與應用程式二進位介面建立關聯。 ABI 可用來控制哪些機器碼會在指定的硬體裝置上執行。例如，為了讓 Android 應用程式在 x86 裝置上執行，就必須在編譯應用程式時納入 x86 ABI 支援。

具體來說，每個 Android 應用程式都會支援至少一個內嵌應用程式二進位介面 (EABI)。 EABI 是內嵌軟體程式專屬的慣例。典型的 EABI 會描述下列資訊：

CPU 指令集。
在執行階段儲存和載入之記憶體的位元組序。
物件檔案和程式庫的二進位格式，以及這些檔案和程式庫所允許或支援的內容類型。
用來在應用程式程式碼和系統之間傳遞資料的不同慣例 (例如：呼叫函式時暫存器和/或堆疊的使用方式、對齊條件約束等)。
列舉類型、結構、欄位和陣列的對齊和大小條件約束。
可在執行階段供機器碼使用的函式符號清單，通常來自一組非常具體的選定程式庫。

armeabi 和執行緒安全性

下面會詳細討論應用程式二進位介面，但請務必記住，Xamarin.Android 所使用的 armeabi 執行階段不具備執行緒安全性。如果具有 armeabi 支援的應用程式部署至 armeabi-v7a 裝置，將會發生許多奇怪且無法解釋的例外狀況。

由於 Android 4.0.0、4.0.1、4.0.2 和 4.0.3 中的錯誤，即使 armeabi-v7a 目錄存在，且該裝置是 armeabi-v7a 裝置，系統仍會從 armeabi 目錄挑選原生程式庫。

注意

Xamarin.Android 會確保 .so 以正確的順序新增至 APK。對於 Xamarin.Android 使用者來說，這個錯誤應該不會成為問題。

ABI 描述

Android 所支援的每個 ABI 皆可透過唯一名稱來加以識別。

armeabi

這是 ARM 式 CPU (至少支援 ARMv5TE 指令集) 的 EABI 名稱。 Android 會遵循由小到大的 ARM GNU/Linux ABI。此 ABI 不支援硬體輔助浮點運算。所有 FP 作業皆由軟體協助程式函式負責執行，這些函式來自編譯器的 libgcc.a 靜態程式庫。 armeabi 不支援 SMP 裝置。

重要

Xamarin.Android 的 armeabi 程式碼不具備安全執行緒，所以不應用於具有多 CPU 的 armeabi-v7a 裝置 (說明如下)。在單核心的 armeabi-v7a 裝置上使用 armeabi 程式碼很安全。

armeabi-v7a

這是另一種 ARM 式 CPU 指令集，其可延伸上述的 armeabi EABI。 armeabi-v7a EABI 可支援硬體浮點運算和多個 CPU (SMP) 的裝置。相較於使用 armeabi 的應用程式，使用 armeabi-v7a EABI 的應用程式效能應該會大幅提升。

注意

armeabi-v7a 機器碼將無法在 ARMv5 裝置上執行。

arm64-v8a

這是以 ARMv8 CPU 架構為基礎的 64 位元指令集。 Nexus 9 使用了此架構。 Xamarin.Android 5.1 引進對此架構的支援 (如需詳細資訊，請簪參閱 64 位元執行階段支援)。

x86

對於支援一般稱為 x86 或 IA-32 之指令集的 CPU，這是其 ABI 的名稱。此 ABI 會對應至 Pentium Pro 指令集 (包括 MMX、SSE、SSE2 和 SSE3 指令集) 的指令。它不會包含任何其他選擇性的 IA-32 指令集擴充，例如：

MOVBE 指令。
補充的 SSE3 擴充 (SSSE3)。
SSE4 的任何變化。

注意

Google TV 雖然在 x86 上執行，但並不受 Android 的 NDK 支援。

x86_64

對於支援 64 位元 x86 指令集 (也稱為 x64 或 AMD64) 的 CPU，這是其 ABI 的名稱。 Xamarin.Android 5.1 引進對此架構的支援 (如需詳細資訊，請簪參閱 64 位元執行階段支援)。

APK 檔案格式

Android 應用程式套件是保存了 Android 應用程式所需之所有程式碼、資產、資源和憑證的檔案格式。此套件是 .zip 檔案，但所使用的副檔名卻是 .apk。展開時，Xamarin.Android 所建立之 .apk 的內容如以下螢幕擷取畫面所示：

.apk 檔案內容的簡短描述：

AndroidManifest.xml – 這是二AndroidManifest.xml進位 XML 格式的檔案。
classes.dex – 這包括應用程式程式代碼，編譯成 dex Android 運行時間 VM 所使用的檔案格式。
resources.arsc – 此檔案包含應用程式的所有先行編譯資源。
lib – 此目錄會保存每個 ABI 的已編譯程式代碼。它會針對上一節所述的每個 ABI 各包含一個子資料夾。在上述螢幕擷取畫面中，我們所討論的 .apk 同時具有 armeabi-v7a 和 x86 的原生程式庫。
META-INF – 此目錄（如果有的話）是用來儲存簽署資訊、封裝和延伸模組組態數據。
res – 此目錄會保存未編譯為 resources.arsc 的資源。

注意

libmonodroid.so 檔案是 Xamarin.Android 應用程式所需的所有原生程式庫。

Android 裝置 ABI 支援

每個 Android 裝置最多支援在兩個 ABI 中執行機器碼：

「主要」ABI – 這對應於系統映射中使用的機器碼。
「次要」ABI – 這是系統映射也支持的選擇性 ABI。

例如，典型的 ARMv5TE 裝置只會有 armeabi 的主要 ABI，ARMv7 裝置則會指定 armeabi-v7a 的主要 ABI 和 armeabi 的次要 ABI。典型的 x86 裝置只會指定 x86 的主要 ABI。

Android 原生程式庫安裝

在套件安裝期間，.apk 內的原生程式庫會解壓縮至應用程式的原生程式庫目錄，一般是 /data/data/<package-name>/lib，之後則稱為 $APP/lib。

Android 的原生程式庫安裝行為會因為 Android 版本的不同而有很大的變化。

安裝原生程式庫：Android 4.0 之前

4.0 Ice Cream Sandwich 之前的 Android 只會從 .apk 內的單一 ABI 解壓縮原生程式庫。此一時期的 Android 應用程式會先嘗試解壓縮主要 ABI 的所有原生程式庫，如果這樣的程式庫不存在，Android 就會解壓縮次要 ABI 的所有原生程式庫。完全不會進行「合併」。

例如，請設想應用程式是安裝在 armeabi-v7a 裝置上的情況。同時支援 armeabi 和 armeabi-v7a 的 .apk, 之中具有下列 ABI lib 目錄和檔案：

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

安裝完成後，原生程式庫目錄將會包含：

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

換句話說，未安裝任何 libone.so。這會造成問題，因為 libone.so 不存在，因此應用程式無法在執行階段載入。這並非預期的行為，所以已記錄為錯誤，並重新分類為「如預期般運作」。

因此，以 4.0 之前的 Android 版本作為目標時，就必須為應用程式會支援的每個 ABI 提供所有原生程式庫，也就是 .apk 應包含：

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

安裝原生連結庫：Android 4.0 – Android 4.0.3

Android 4.0 Ice Cream Sandwich 變更了解壓縮邏輯。它會列舉所有原生程式庫，看看檔案的主檔名是否已解壓縮，如果下列兩個條件皆符合，則會將媒體櫃解壓縮：

其尚未解壓縮。
原生程式庫的 ABI 符合目標的主要或次要 ABI。

符合這些條件將會允許「合併」行為；也就是說，如果我們的 .apk 具有下列內容：

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

則安裝完成後，原生程式庫目錄將會包含：

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

不幸的是，這種行為會和順序相依，如下列文件所述 - 問題 24321：Galaxy Nexus 4.0.2 會在 apk 內含有 armeabi 和 armeabi-v7a 時使用 armeabi 機器碼。

原生程式庫會「按照順序」(例如，依 unzip 所列) 來處理，而且會解壓縮第一個相符項目。因為 .apk 包含 libtwo.so 的 armeabi 和 armeabi-v7a 版本，而 armeabi 最先列出，所以會解壓縮 armeabi 版本，而不是armeabi-v7a 版本：

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

此外，即使同時指定了 armeabi 和 armeabi-v7a ABI (如下面的＜宣告支援的 ABI＞一節所述)，Xamarin.Android 還是會於中建立下列項目。 csproj：

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

因此，會先在 .apk 中找到 armeabilibmonodroid.so，而且會解壓縮 armeabilibmonodroid.so，即使 armeabi-v7alibmonodroid.so 存在且已針對目標最佳化也是一樣。這也會導致令人費解的執行階段錯誤，因為 armeabi 不具備 SMP 安全性。

安裝原生程式庫：Android 4.0.4 和更新版本

Android 4.0.4 變更了解壓縮邏輯：它會列舉所有原生程式庫，讀取檔案的主檔名，然後解壓縮主要 ABI 版本 (如果有的話) 或次要 ABI (如果有的話)。這允許「合併」行為；也就是說，如果我們的 .apk 具有下列內容：

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

則安裝完成後，原生程式庫目錄將會包含：

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

Xamarin.Android 和 ABI

Xamarin.Android 支援下列 64 位元架構：

arm64-v8a
x86_64

注意

從 2018 年 8 月開始，新應用程式都必須以 API 層級 26 為目標，而且從 2019 年 8 月開始，除了 32 位元版本之外，應用程式也都必須提供 64 位元版本。

Xamarin.Android 支援下列 32 位元架構：

armeabi ^
armeabi-v7a
x86

注意

^ 從 Xamarin.Android 9.2 開始，已不再支援 armeabi。

Xamarin.Android 目前未提供 mips 的支援。

宣告支援的 ABI

根據預設，Xamarin.Android 會預設為 armeabi-v7a (若為發行組建)，以及預設為 armeabi-v7a 和 x86 (若為偵錯組建)。透過 Xamarin.Android 專案的專案選項即可設定不同 ABI 的支援。在 Visual Studio 中，可於專案 [屬性] 之 [Android 選項] 頁面中的 [進階] 索引標籤底下設定此項目，如下列螢幕擷取畫面所示：

Android Options Advanced properties

在 Visual Studio for Mac 中，可於 [專案選項] 之 [Android 組建] 頁面的 [進階] 索引標籤底下選取所支援的架構，如下列螢幕擷取畫面所示：

有時候您可能必須宣告其他 ABI 支援，例如在下列情況時：

將應用程式部署至 x86 裝置。
將應用程式部署至 armeabi-v7a 裝置，以確保執行緒安全性。

摘要

本文件討論了可作為 Android 應用程式執行所在的不同 CPU 架構。文中介紹了應用程式二進位介面，以及 Android 如何使用此介面來支援不同的 CPU 架構。接著討論如何在 Xamarin.Android 應用程式中指定 ABI 支援，並點出在僅供 armeabi 使用的 armeabi-v7a 裝置上使用 Xamarin.Android 應用程式時會引發的問題。