README.md

   1 Working on bionic
   2 =================
   3
   4 What are the big pieces of bionic?
   5 ----------------------------------
   6
   7 #### libc/ --- libc.so, libc.a
   8
   9 The C library. Stuff like `fopen(3)` and `kill(2)`.
  10
  11 #### libm/ --- libm.so, libm.a
  12
  13 The math library. Traditionally Unix systems kept stuff like `sin(3)` and
  14 `cos(3)` in a separate library to save space in the days before shared
  15 libraries.
  16
  17 #### libdl/ --- libdl.so
  18
  19 The dynamic linker interface library. This is actually just a bunch of stubs
  20 that the dynamic linker replaces with pointers to its own implementation at
  21 runtime. This is where stuff like `dlopen(3)` lives.
  22
  23 #### libstdc++/ --- libstdc++.so
  24
  25 The C++ ABI support functions. The C++ compiler doesn't know how to implement
  26 thread-safe static initialization and the like, so it just calls functions that
  27 are supplied by the system. Stuff like `__cxa_guard_acquire` and
  28 `__cxa_pure_virtual` live here.
  29
  30 #### linker/ --- /system/bin/linker and /system/bin/linker64
  31
  32 The dynamic linker. When you run a dynamically-linked executable, its ELF file
  33 has a `DT_INTERP` entry that says "use the following program to start me".  On
  34 Android, that's either `linker` or `linker64` (depending on whether it's a
  35 32-bit or 64-bit executable). It's responsible for loading the ELF executable
  36 into memory and resolving references to symbols (so that when your code tries to
  37 jump to `fopen(3)`, say, it lands in the right place).
  38
  39 #### tests/ --- unit tests
  40
  41 The `tests/` directory contains unit tests. Roughly arranged as one file per
  42 publicly-exported header file.
  43
  44 #### benchmarks/ --- benchmarks
  45
  46 The `benchmarks/` directory contains benchmarks.
  47
  48
  49 What's in libc/?
  50 ----------------
  51
  52 <pre>
  53 libc/
  54   arch-arm/
  55   arch-arm64/
  56   arch-common/
  57   arch-mips/
  58   arch-mips64/
  59   arch-x86/
  60   arch-x86_64/
  61     # Each architecture has its own subdirectory for stuff that isn't shared
  62     # because it's architecture-specific. There will be a .mk file in here that
  63     # drags in all the architecture-specific files.
  64     bionic/
  65       # Every architecture needs a handful of machine-specific assembler files.
  66       # They live here.
  67     include/
  68       machine/
  69         # The majority of header files are actually in libc/include/, but many
  70         # of them pull in a <machine/something.h> for things like limits,
  71         # endianness, and how floating point numbers are represented. Those
  72         # headers live here.
  73     string/
  74       # Most architectures have a handful of optional assembler files
  75       # implementing optimized versions of various routines. The <string.h>
  76       # functions are particular favorites.
  77     syscalls/
  78       # The syscalls directories contain script-generated assembler files.
  79       # See 'Adding system calls' later.
  80
  81   include/
  82     # The public header files on everyone's include path. These are a mixture of
  83     # files written by us and files taken from BSD.
  84
  85   kernel/
  86     # The kernel uapi header files. These are scrubbed copies of the originals
  87     # in external/kernel-headers/. These files must not be edited directly. The
  88     # generate_uapi_headers.sh script should be used to go from a kernel tree to
  89     # external/kernel-headers/ --- this takes care of the architecture-specific
  90     # details. The update_all.py script should be used to regenerate bionic's
  91     # scrubbed headers from external/kernel-headers/.
  92
  93   private/
  94     # These are private header files meant for use within bionic itself.
  95
  96   dns/
  97     # Contains the DNS resolver (originates from NetBSD code).
  98
  99   upstream-freebsd/
 100   upstream-netbsd/
 101   upstream-openbsd/
 102     # These directories contain unmolested upstream source. Any time we can
 103     # just use a BSD implementation of something unmodified, we should.
 104     # The structure under these directories mimics the upstream tree,
 105     # but there's also...
 106     android/
 107       include/
 108         # This is where we keep the hacks necessary to build BSD source
 109         # in our world. The *-compat.h files are automatically included
 110         # using -include, but we also provide equivalents for missing
 111         # header/source files needed by the BSD implementation.
 112
 113   bionic/
 114     # This is the biggest mess. The C++ files are files we own, typically
 115     # because the Linux kernel interface is sufficiently different that we
 116     # can't use any of the BSD implementations. The C files are usually
 117     # legacy mess that needs to be sorted out, either by replacing it with
 118     # current upstream source in one of the upstream directories or by
 119     # switching the file to C++ and cleaning it up.
 120
 121   malloc_debug/
 122     # The code that implements the functionality to enable debugging of
 123     # native allocation problems.
 124
 125   stdio/
 126     # These are legacy files of dubious provenance. We're working to clean
 127     # this mess up, and this directory should disappear.
 128
 129   tools/
 130     # Various tools used to maintain bionic.
 131
 132   tzcode/
 133     # A modified superset of the IANA tzcode. Most of the modifications relate
 134     # to Android's use of a single file (with corresponding index) to contain
 135     # time zone data.
 136   zoneinfo/
 137     # Android-format time zone data.
 138     # See 'Updating tzdata' later.
 139 </pre>
 140
 141
 142 Adding system calls
 143 -------------------
 144
 145 Adding a system call usually involves:
 146
 147   1. Add entries to SYSCALLS.TXT.
 148      See SYSCALLS.TXT itself for documentation on the format.
 149   2. Run the gensyscalls.py script.
 150   3. Add constants (and perhaps types) to the appropriate header file.
 151      Note that you should check to see whether the constants are already in
 152      kernel uapi header files, in which case you just need to make sure that
 153      the appropriate POSIX header file in libc/include/ includes the
 154      relevant file or files.
 155   4. Add function declarations to the appropriate header file.
 156   5. Add the function name to the correct section in libc/libc.map.txt and
 157      run `./libc/tools/genversion-scripts.py`.
 158   6. Add at least basic tests. Even a test that deliberately supplies
 159      an invalid argument helps check that we're generating the right symbol
 160      and have the right declaration in the header file, and that you correctly
 161      updated the maps in step 5. (You can use strace(1) to confirm that the
 162      correct system call is being made.)
 163
 164
 165 Updating kernel header files
 166 ----------------------------
 167
 168 As mentioned above, this is currently a two-step process:
 169
 170   1. Use generate_uapi_headers.sh to go from a Linux source tree to appropriate
 171      contents for external/kernel-headers/.
 172   2. Run update_all.py to scrub those headers and import them into bionic.
 173
 174
 175 Updating tzdata
 176 ---------------
 177
 178 This is fully automated (and these days handled by the libcore team, because
 179 they own icu, and that needs to be updated in sync with bionic):
 180
 181   1. Run update-tzdata.py in external/icu/tools/.
 182
 183
 184 Verifying changes
 185 -----------------
 186
 187 If you make a change that is likely to have a wide effect on the tree (such as a
 188 libc header change), you should run `make checkbuild`. A regular `make` will
 189 _not_ build the entire tree; just the minimum number of projects that are
 190 required for the device. Tests, additional developer tools, and various other
 191 modules will not be built. Note that `make checkbuild` will not be complete
 192 either, as `make tests` covers a few additional modules, but generally speaking
 193 `make checkbuild` is enough.
 194
 195
 196 Running the tests
 197 -----------------
 198
 199 The tests are all built from the tests/ directory.
 200
 201 ### Device tests
 202
 203     $ mma
 204     $ adb remount
 205     $ adb sync
 206     $ adb shell /data/nativetest/bionic-unit-tests/bionic-unit-tests32
 207     $ adb shell \
 208         /data/nativetest/bionic-unit-tests-static/bionic-unit-tests-static32
 209     # Only for 64-bit targets
 210     $ adb shell /data/nativetest64/bionic-unit-tests/bionic-unit-tests64
 211     $ adb shell \
 212         /data/nativetest64/bionic-unit-tests-static/bionic-unit-tests-static64
 213
 214 Note that we use our own custom gtest runner that offers a superset of the
 215 options documented at
 216 <https://github.com/google/googletest/blob/master/googletest/docs/AdvancedGuide.md#running-test-programs-advanced-options>,
 217 in particular for test isolation and parallelism (both on by default).
 218
 219 ### Host tests
 220
 221 The host tests require that you have `lunch`ed either an x86 or x86_64 target.
 222 Note that due to ABI limitations (specifically, the size of pthread_mutex_t),
 223 32-bit bionic requires PIDs less than 65536. To enforce this, set /proc/sys/kernel/pid_max
 224 to 65536.
 225
 226     $ ./tests/run-on-host.sh 32
 227     $ ./tests/run-on-host.sh 64   # For x86_64-bit *targets* only.
 228
 229 You can supply gtest flags as extra arguments to this script.
 230
 231 ### Against glibc
 232
 233 As a way to check that our tests do in fact test the correct behavior (and not
 234 just the behavior we think is correct), it is possible to run the tests against
 235 the host's glibc.
 236
 237     $ ./tests/run-on-host.sh glibc
 238
 239
 240 Gathering test coverage
 241 -----------------------
 242
 243 For either host or target coverage, you must first:
 244
 245  * `$ export NATIVE_COVERAGE=true`
 246      * Note that the build system is ignorant to this flag being toggled, i.e. if
 247        you change this flag, you will have to manually rebuild bionic.
 248  * Set `bionic_coverage=true` in `libc/Android.mk` and `libm/Android.mk`.
 249
 250 ### Coverage from device tests
 251
 252     $ mma
 253     $ adb sync
 254     $ adb shell \
 255         GCOV_PREFIX=/data/local/tmp/gcov \
 256         GCOV_PREFIX_STRIP=`echo $ANDROID_BUILD_TOP | grep -o / | wc -l` \
 257         /data/nativetest/bionic-unit-tests/bionic-unit-tests32
 258     $ acov
 259
 260 `acov` will pull all coverage information from the device, push it to the right
 261 directories, run `lcov`, and open the coverage report in your browser.
 262
 263 ### Coverage from host tests
 264
 265 First, build and run the host tests as usual (see above).
 266
 267     $ croot
 268     $ lcov -c -d $ANDROID_PRODUCT_OUT -o coverage.info
 269     $ genhtml -o covreport coverage.info # or lcov --list coverage.info
 270
 271 The coverage report is now available at `covreport/index.html`.
 272
 273
 274 Running the benchmarks
 275 ----------------------
 276
 277 ### Device benchmarks
 278
 279     $ mma
 280     $ adb remount
 281     $ adb sync
 282     $ adb shell /data/nativetest/bionic-benchmarks/bionic-benchmarks
 283     $ adb shell /data/nativetest64/bionic-benchmarks/bionic-benchmarks
 284
 285 You can use `--benchmark_filter=getpid` to just run benchmarks with "getpid"
 286 in their name.
 287
 288 ### Host benchmarks
 289
 290 See the "Host tests" section of "Running the tests" above.
 291
 292
 293 Attaching GDB to the tests
 294 --------------------------
 295
 296 Bionic's test runner will run each test in its own process by default to prevent
 297 tests failures from impacting other tests. This also has the added benefit of
 298 running them in parallel, so they are much faster.
 299
 300 However, this also makes it difficult to run the tests under GDB. To prevent
 301 each test from being forked, run the tests with the flag `--no-isolate`.
 302
 303
 304 32-bit ABI bugs
 305 ---------------
 306
 307 This probably belongs in the NDK documentation rather than here, but these
 308 are the known ABI bugs in the 32-bit ABI:
 309
 310  * `time_t` is 32-bit. <http://b/5819737>. In the 64-bit ABI, time_t is
 311    64-bit.
 312
 313  * `off_t` is 32-bit. There is `off64_t`, and in newer releases there is
 314    almost-complete support for `_FILE_OFFSET_BITS`. Unfortunately our stdio
 315    implementation uses 32-bit offsets and -- worse -- function pointers to
 316    functions that use 32-bit offsets, so there's no good way to implement
 317    the last few pieces <http://b/24807045>. In the 64-bit ABI, off_t is
 318    off64_t.
 319
 320  * `sigset_t` is too small on ARM and x86 (but correct on MIPS), so support
 321    for real-time signals is broken. <http://b/5828899> In the 64-bit ABI,
 322    `sigset_t` is the correct size for every architecture.