安卓动态链接库文件体积优化探索实践

作者：CCO体系 尚红泽

背景介绍

应用安装包的体积影响着用户下载量、安装时长、用户磁盘占用量等多个方面，据Google Play统计，应用体积每增加6MB，安装的转化率将下降1%。

安装包的体积受诸多方面影响，针对dex、资源文件、so文件都有不同的优化策略，在此不做一一展开，本文主要记录了在研发时针对动态链接库的文件体积裁剪优化方案。

我开发的链接库使用rust语言开发，通过安卓jni接口实现java层和native层之间的相互调用。为什么使用rust主要有以下几个方面的考虑：

1.稳。安卓的JNI接口调用复杂，又涉及到native层的内存管理，随着代码量的增加，代码的安全稳定性会受到很大的挑战。使用rust开发，开发者几乎不需要考虑GC的问题，只要开发的时候按照规范老老实实写代码并且通过了编译器的检查，基本上就很难把程序写崩，这一点在代码上线后也确实得到了验证。

2.安全。传统使用C、C++开发的代码编译完成以后，如果不加保护，很容易使用反汇编工具破解，市面上比较成熟的工具如IDA、ghidra等都可以将汇编代码还原到高级语言。使用rust编译的产物，内部函数间的调用规约和传统都不一样，目前市面上还没有相对完善的反编译工具，软件的防破解能力直接上升一个数量级。

但是使用rust有一个非常明显的缺点就是编译产物体积过大。在不修改默认的rust编译选项的情况下，仅开启strip的情况下，我的动态库体积达到了495k。

优化方案

参考网上前人的经验，依次进行了以下优化方式。

调整优化等级

默认的编译优化等级是O3，该优化的目的提高代码的运行速度，但是与此同时会对部分循环进行展开，体积造成膨胀。在此我们以缩减体积为目标，将优化选项改为z，表示生成最小二进制体积：

[profile.release] opt-level = 'z'

优化后前后体积变化

编译选项	体积
strip	495k
strip + opt-level = 'z'	437k

开启LTO

LTO（Link Time Optimization）可以在链接时消除冗余代码，减小二进制体积——代价是更长的链接时间。

Cargo.toml [profile.release] opt-level = 'z' lto = true

优化后前后体积变化

编译选项	体积
strip	495k
strip + opt-level = 'z'	437k
strip + opt-level = 'z' + lto	436k

优化效果非常不明显，聊胜于无。

Panic立刻终止

rust默认的panic会在崩溃时进行栈回溯，方便定位问题。然而会带来额外的体积增加，将这一功能使用abort替代。

[profile.release] opt-level = 'z' lto = true panic = 'abort'

优化后前后体积变化

编译选项	体积
strip	495k
strip + opt-level = 'z'	437k
strip + opt-level = 'z' + lto	436k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort'	366K

到目前为止，常规的优化手段已经用完了，后续优化需要配合一些代码的额外变动。

使用rust分析工具bloat对产物进行分析，结果如下：

File .text Size Crate 4.1% 69.0% 192.7KiB std 1.0% 16.8% 46.9KiB jdmp 0.5% 8.1% 22.7KiB [Unknown] 0.2% 3.8% 10.5KiB jni 0.0% 0.5% 1.5KiB cesu8 0.0% 0.4% 1.1KiB adler32 0.0% 0.3% 904B bytes 0.0% 0.2% 640B aho_corasick 0.0% 0.2% 588B regex_syntax 0.0% 0.2% 572B regex_automata 0.0% 0.2% 440B log 0.0% 0.1% 304B memchr 0.0% 0.0% 52B combine 0.0% 0.0% 8B jni_sys

让我感到惊讶的是我的核心代码jdmp模块只占了46.9k，为此要额外引入几百k的额外开销！

移除一些无用字符串

在引入的第三方依赖里，开发者自己添加了很多字符串信息，大部分是用来完善提供运行时报错信息。通过修改、精简这些依赖库，删除无用代码，又可以省出一部分空间来。

同时，上面的优化尽管使用abort替代了panic，rust编译器仍然会生出一些格式化的字符串，使用panic_immediate_abort这个编译选项禁用这个行为。

.cargo/config.toml [unstable] build-std-features = ["panic_immediate_abort"] build-std = ["std","panic_abort"]

优化后前后体积变化

编译选项	体积
strip	495k
strip + opt-level = 'z'	437k
strip + opt-level = 'z' + lto	436k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' + 代码裁减 + panic_immediate_abort	135k

再次分析，整个文件的体积已经降到了135k，自己开发的核心代码占总代码量的52%，基本符合预期。

File .text Size Crate 14.2% 52.0% 41.3KiB jdmp 3.2% 11.7% 9.3KiB core 3.1% 11.4% 9.1KiB jni 3.0% 11.0% 8.8KiB [Unknown] 1.9% 6.8% 5.4KiB std 0.9% 3.3% 2.6KiB alloc 0.3% 1.1% 936B cesu8 0.3% 1.0% 792B adler32 0.1% 0.5% 372B aho_corasick 0.1% 0.4% 316B regex_automata 0.1% 0.3% 220B log 0.1% 0.3% 216B hashbrown 0.0% 0.1% 108B bytes 0.0% 0.1% 44B combine 0.0% 0.1% 44B rustc_demangle 0.0% 0.0% 8B compiler_builtins 0.0% 0.0% 8B jni_sys

优化linker script

尽管目前文件体积已经相比一开始优化了不少，但是还没有达到接入要求。通过readelf进一步分析ELF文件的各个section，我找到了一些额外的优化空间。

$ aarch64-linux-gnu-readelf -S target/aarch64-linux-android/release/libjdmp.so There are 24 section headers, starting at offset 0x21738: Section Headers: [Nr] Name Type Address Offset Size EntSize Flags Link Info Align [ 0] NULL 0000000000000000 00000000 0000000000000000 0000000000000000 0 0 0 [ 1] .note.android.ide NOTE 0000000000000270 00000270 0000000000000098 0000000000000000 A 0 0 4 [ 2] .dynsym DYNSYM 0000000000000308 00000308 00000000000002e8 0000000000000018 A 7 1 8 [ 3] .gnu.version VERSYM 00000000000005f0 000005f0 000000000000003e 0000000000000002 A 2 0 2 [ 4] .gnu.version_r VERNEED 0000000000000630 00000630 0000000000000040 0000000000000000 A 7 2 4 [ 5] .gnu.hash GNU_HASH 0000000000000670 00000670 0000000000000024 0000000000000000 A 2 0 8 [ 6] .hash HASH 0000000000000694 00000694 0000000000000100 0000000000000004 A 2 0 4 [ 7] .dynstr STRTAB 0000000000000794 00000794 000000000000014d 0000000000000000 A 0 0 1 [ 8] .rela.dyn RELA 00000000000008e8 000008e8 00000000000007f8 0000000000000018 A 2 0 8 [ 9] .rela.plt RELA 00000000000010e0 000010e0 00000000000002a0 0000000000000018 AI 2 19 8 [10] .rodata PROGBITS 0000000000001380 00001380 0000000000001d83 0000000000000000 AM 0 0 8 [11] .eh_frame_hdr PROGBITS 0000000000003104 00003104 0000000000002494 0000000000000000 A 0 0 4 [12] .eh_frame PROGBITS 0000000000005598 00005598 00000000000078cc 0000000000000000 A 0 0 8 [13] .text PROGBITS 000000000000de64 0000ce64 0000000000013e0c 0000000000000000 AX 0 0 4 [14] .plt PROGBITS 0000000000021c70 00020c70 00000000000001e0 0000000000000000 AX 0 0 16 [15] .data.rel.ro PROGBITS 0000000000022e50 00020e50 0000000000000430 0000000000000000 WA 0 0 8 [16] .fini_array FINI_ARRAY 0000000000023280 00021280 0000000000000010 0000000000000008 WA 0 0 8 [17] .dynamic DYNAMIC 0000000000023290 00021290 0000000000000180 0000000000000010 WA 7 0 8 [18] .got PROGBITS 0000000000023410 00021410 0000000000000048 0000000000000000 WA 0 0 8 [19] .got.plt PROGBITS 0000000000023458 00021458 00000000000000f8 0000000000000000 WA 0 0 8 [20] .data PROGBITS 0000000000024550 00021550 0000000000000060 0000000000000000 WA 0 0 8 [21] .bss NOBITS 00000000000245b0 000215b0 0000000000000101 0000000000000000 WA 0 0 8 [22] .comment PROGBITS 0000000000000000 000215b0 00000000000000b2 0000000000000001 MS 0 0 1 [23] .shstrtab STRTAB 0000000000000000 00021662 00000000000000d3 0000000000000000 0 0 1

在对这些section进行优化时，有必要搞清楚每个section在程序运行的作用。

section	作用
.text	代码段
.data .rodata .bss	数据段
.plt .got .dynamic .dynsym .rela.dyn .rela.plt .shstrtab	运行时被动态链接库解析，用于动态链接。
.eh_frame .eh_frame_hdr	用于保存函数的栈帧偏移，方便栈回溯
.gnu.hash .gnu.version .gnu.version_r .hash	保存编译文件元信息

程序在正常运行时，代码段、数据段必不可少，同时需要保留动态链接需要的section。剩余的section可以移除，可以进一步优化文件体积。值得注意到是，删除.eh_frame .eh_frame_hdr后，在程序崩溃时只能得到一个崩溃地址，无法进行栈回溯。

创建一个linker script，只保留程序运行最小依赖的section。

PHDRS { headers PT_PHDR PHDRS ; text PT_LOAD FILEHDR PHDRS ; data PT_LOAD ; dynamic PT_DYNAMIC ; } ENTRY(Reset); EXTERN(RESET_VECTOR); SECTIONS { . = SIZEOF_HEADERS; .text : { *(.text .text.*) } :text .rodata : { *(.rodata .rodata.*) } :text . = . + 0x1000; .data : { *(.data .data.*) *(.fini_array .fini_array.*) *(.got .got.*) *(.got.plt .got.plt.*) } : data .bss : {*(.bss .bss.*)} : data .dynamic : { *(.dynamic .dynamic.*) } :data :dynamic /DISCARD/ : { *(.ARM.exidx .ARM.exidx.*); *(.gnu.version .gnu.version.*); *(.gnu.version_r .gnu.version_r.*); *(.eh_frame_hdr .eh_frame .eh_frame_hdr.* .eh_frame.* ); *(.note.android.ident .note.android.ident.*); *(.comment .comment.*); } }

修改编译参数，替换默认的linker script

.cargo/config.toml [build] target = ["aarch64-linux-android","armv7-linux-androideabi"] [unstable] build-std-features = ["panic_immediate_abort"] build-std = ["std","panic_abort"] [target.aarch64-linux-android] rustflags = ["-C", "link-arg=-Tlinker.lds"] [target.armv7-linux-androideabi] rustflags = ["-C", "link-arg=-Tlinker.lds"]

经过一番操作，程序的体积最终裁减到了95k！完美符合要求。

总结

编译选项	体积
strip	495k
strip + opt-level = 'z'	437k
strip + opt-level = 'z' + lto	436k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' + 代码裁减 + panic_immediate_abort	135k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' + 代码裁减 + panic_immediate_abort + 移除section	95k

审核编辑 黄宇