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-dlmalloc/
 100   upstream-freebsd/
 101   upstream-netbsd/
 102   upstream-openbsd/
 103     # These directories contain unmolested upstream source. Any time we can
 104     # just use a BSD implementation of something unmodified, we should.
 105     # The structure under these directories mimics the upstream tree,
 106     # but there's also...
 107     android/
 108       include/
 109         # This is where we keep the hacks necessary to build BSD source
 110         # in our world. The *-compat.h files are automatically included
 111         # using -include, but we also provide equivalents for missing
 112         # header/source files needed by the BSD implementation.
 113
 114   bionic/
 115     # This is the biggest mess. The C++ files are files we own, typically
 116     # because the Linux kernel interface is sufficiently different that we
 117     # can't use any of the BSD implementations. The C files are usually
 118     # legacy mess that needs to be sorted out, either by replacing it with
 119     # current upstream source in one of the upstream directories or by
 120     # switching the file to C++ and cleaning it up.
 121
 122   stdio/
 123     # These are legacy files of dubious provenance. We're working to clean
 124     # this mess up, and this directory should disappear.
 125
 126   tools/
 127     # Various tools used to maintain bionic.
 128
 129   tzcode/
 130     # A modified superset of the IANA tzcode. Most of the modifications relate
 131     # to Android's use of a single file (with corresponding index) to contain
 132     # time zone data.
 133   zoneinfo/
 134     # Android-format time zone data.
 135     # See 'Updating tzdata' later.
 136 </pre>
 137
 138
 139 Adding system calls
 140 -------------------
 141
 142 Adding a system call usually involves:
 143
 144   1. Add entries to SYSCALLS.TXT.
 145      See SYSCALLS.TXT itself for documentation on the format.
 146   2. Run the gensyscalls.py script.
 147   3. Add constants (and perhaps types) to the appropriate header file.
 148      Note that you should check to see whether the constants are already in
 149      kernel uapi header files, in which case you just need to make sure that
 150      the appropriate POSIX header file in libc/include/ includes the
 151      relevant file or files.
 152   4. Add function declarations to the appropriate header file.
 153   5. Add at least basic tests. Even a test that deliberately supplies
 154      an invalid argument helps check that we're generating the right symbol
 155      and have the right declaration in the header file. (And strace(1) can
 156      confirm that the correct system call is being made.)
 157
 158
 159 Updating kernel header files
 160 ----------------------------
 161
 162 As mentioned above, this is currently a two-step process:
 163
 164   1. Use generate_uapi_headers.sh to go from a Linux source tree to appropriate
 165      contents for external/kernel-headers/.
 166   2. Run update_all.py to scrub those headers and import them into bionic.
 167
 168
 169 Updating tzdata
 170 ---------------
 171
 172 This is fully automated (and these days handled by the libcore team, because
 173 they own icu, and that needs to be updated in sync with bionic):
 174
 175   1. Run update-tzdata.py in external/icu/tools/.
 176
 177
 178 Verifying changes
 179 -----------------
 180
 181 If you make a change that is likely to have a wide effect on the tree (such as a
 182 libc header change), you should run `make checkbuild`. A regular `make` will
 183 _not_ build the entire tree; just the minimum number of projects that are
 184 required for the device. Tests, additional developer tools, and various other
 185 modules will not be built. Note that `make checkbuild` will not be complete
 186 either, as `make tests` covers a few additional modules, but generally speaking
 187 `make checkbuild` is enough.
 188
 189
 190 Running the tests
 191 -----------------
 192
 193 The tests are all built from the tests/ directory.
 194
 195 ### Device tests
 196
 197     $ mma
 198     $ adb remount
 199     $ adb sync
 200     $ adb shell /data/nativetest/bionic-unit-tests/bionic-unit-tests32
 201     $ adb shell \
 202         /data/nativetest/bionic-unit-tests-static/bionic-unit-tests-static32
 203     # Only for 64-bit targets
 204     $ adb shell /data/nativetest64/bionic-unit-tests/bionic-unit-tests64
 205     $ adb shell \
 206         /data/nativetest64/bionic-unit-tests-static/bionic-unit-tests-static64
 207
 208 ### Host tests
 209
 210 The host tests require that you have `lunch`ed either an x86 or x86_64 target.
 211
 212     $ mma
 213     $ mm bionic-unit-tests-run-on-host32
 214     $ mm bionic-unit-tests-run-on-host64  # For 64-bit *targets* only.
 215
 216 ### Against glibc
 217
 218 As a way to check that our tests do in fact test the correct behavior (and not
 219 just the behavior we think is correct), it is possible to run the tests against
 220 the host's glibc. The executables are already in your path.
 221
 222     $ mma
 223     $ bionic-unit-tests-glibc32
 224     $ bionic-unit-tests-glibc64
 225
 226
 227 Gathering test coverage
 228 -----------------------
 229
 230 For either host or target coverage, you must first:
 231
 232  * `$ export NATIVE_COVERAGE=true`
 233      * Note that the build system is ignorant to this flag being toggled, i.e. if
 234        you change this flag, you will have to manually rebuild bionic.
 235  * Set `bionic_coverage=true` in `libc/Android.mk` and `libm/Android.mk`.
 236
 237 ### Coverage from device tests
 238
 239     $ mma
 240     $ adb sync
 241     $ adb shell \
 242         GCOV_PREFIX=/data/local/tmp/gcov \
 243         GCOV_PREFIX_STRIP=`echo $ANDROID_BUILD_TOP | grep -o / | wc -l` \
 244         /data/nativetest/bionic-unit-tests/bionic-unit-tests32
 245     $ acov
 246
 247 `acov` will pull all coverage information from the device, push it to the right
 248 directories, run `lcov`, and open the coverage report in your browser.
 249
 250 ### Coverage from host tests
 251
 252 First, build and run the host tests as usual (see above).
 253
 254     $ croot
 255     $ lcov -c -d $ANDROID_PRODUCT_OUT -o coverage.info
 256     $ genhtml -o covreport coverage.info # or lcov --list coverage.info
 257
 258 The coverage report is now available at `covreport/index.html`.
 259
 260
 261 Attaching GDB to the tests
 262 --------------------------
 263
 264 Bionic's test runner will run each test in its own process by default to prevent
 265 tests failures from impacting other tests. This also has the added benefit of
 266 running them in parallel, so they are much faster.
 267
 268 However, this also makes it difficult to run the tests under GDB. To prevent
 269 each test from being forked, run the tests with the flag `--no-isolate`.
 270
 271
 272 32-bit ABI bugs
 273 ---------------
 274
 275 This probably belongs in the NDK documentation rather than here, but these
 276 are the known ABI bugs in the 32-bit ABI:
 277
 278  * `time_t` is 32-bit. <http://b/5819737>. In the 64-bit ABI, time_t is
 279    64-bit.
 280
 281  * `off_t` is 32-bit. There is `off64_t`, and in newer releases there is
 282    almost-complete support for `_FILE_OFFSET_BITS`. Unfortunately our stdio
 283    implementation uses 32-bit offsets and -- worse -- function pointers to
 284    functions that use 32-bit offsets, so there's no good way to implement
 285    the last few pieces <http://b/24807045>. In the 64-bit ABI, off_t is
 286    off64_t.
 287
 288  * `sigset_t` is too small on ARM and x86 (but correct on MIPS), so support
 289    for real-time signals is broken. <http://b/5828899> In the 64-bit ABI,
 290    `sigset_t` is the correct size for every architecture.