Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz

Transkript

1 Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz Jan Witzany 28. September 2016 Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

2 Gliederung 1. Motivation 2. Ziele 3. Grundlagen 4. Entwurf 5. Implementierung 6. Evaluation 7. Ausblick Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

3 Motivation Monitoring Android Motivation Android Marktanteil: >85% Viele Applikationen Mangelhafte o. fehlende Dokumentation Programmiersprache: Java 2,000 1,500 1, Abbildung: Anzahl von Apps im Play Store Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

4 Ziele Ziele Instrumentierung von Android Anwendungen Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

5 Ziele Ziele Instrumentierung von Android Anwendungen Sourcecode Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

6 Ziele Ziele Instrumentierung von Android Anwendungen Sourcecode APK Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

7 Ziele Ziele Instrumentierung von Android Anwendungen Sourcecode APK Monitoring mit ExplorViz Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

8 Ziele Ziele Instrumentierung von Android Anwendungen Sourcecode APK Monitoring mit ExplorViz Android Apps in Java kein JavaScript/HTML kein C/C++ Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

9 Grundlagen ExplorViz Grundlagen Live Trace Visualisierung von Programmen Packages und Klassen in einer 3D-Softwarestadtmetapher Java Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

10 Grundlagen ExplorViz II Grundlagen Abbildung: Live Trace Visualization for System and Program Comprehension in Large Software Landscapes, Fittkau, F. (2015) Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

11 Grundlagen ExplorViz III Grundlagen Abbildung: Live Trace Visualization for System and Program Comprehension in Large Software Landscapes, Fittkau, F. (2015) Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

12 Grundlagen Android Grundlagen Java als Programmiersprache Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

13 Grundlagen Android Grundlagen Java als Programmiersprache Dalvik VM/ART Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

14 Grundlagen Android Grundlagen Java als Programmiersprache Dalvik VM/ART Anroid Versionen Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

15 Grundlagen Android Grundlagen Java als Programmiersprache Dalvik VM/ART Anroid Versionen Berechtigungen Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

16 Grundlagen Android Grundlagen Java als Programmiersprache Dalvik VM/ART Anroid Versionen Berechtigungen kein Netzwerkverbindung im Main Thread Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

17 Grundlagen Android Grundlagen Java als Programmiersprache Dalvik VM/ART Anroid Versionen Berechtigungen kein Netzwerkverbindung im Main Thread ProGuard Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

18 Grundlagen Aspektorientierte Programmierung public class Aspect ( " execution ( * * (.. ) &&! w i t h i n ( e x p l o r v i z. * * ) " ) public void methodexecution ( ) { ( " p o i n t c u t ( ) " ) public Object aroundadvice ( ProceedingJoinPoint jp ) throws Throwable { / / code before execution of method jp. proceed ( ) } } / / code a f t e r execution of method Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz 28. September / 19

19 Entwurf Instrumentierung Entwurf Build-Prozess Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

20 Entwurf ExplorViz Entwurf Android Flag Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

21 Entwurf ExplorViz Entwurf Android Flag TCP im separaten Thread Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

22 Entwurf ExplorViz Entwurf Android Flag TCP im separaten Thread Überprüfen der Module auf Kompatibilität Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

23 Implementierung Instrumentierung Implementierung APK: jadx, APK-Tool Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

24 Implementierung Instrumentierung Implementierung APK: jadx, APK-Tool Post-Compile-Weaving Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

25 Implementierung Instrumentierung Implementierung APK: jadx, APK-Tool Post-Compile-Weaving Gradle-Plugin für AspectJ Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

26 Implementierung ExplorViz: Aspekt Implementierung Length Id ObjectId Classname Implemented Interface Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

27 Implementierung ExplorViz: Aspekt Implementierung Length Id ObjectId Classname Implemented Interface dynamische Pointcuts Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

28 Implementierung ExplorViz: System-Monitoring Implementierung Aktueller Ansatz nicht in Android möglich Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

29 Implementierung ExplorViz: System-Monitoring Implementierung Aktueller Ansatz nicht in Android möglich CPU-Auslastung: /proc/stat Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

30 Implementierung ExplorViz: BuildProzess Implementierung Java Version 1.7 Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

31 Implementierung ExplorViz: BuildProzess Implementierung Java Version 1.7 AspectJ Compiler Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

32 Implementierung ExplorViz: BuildProzess Implementierung Java Version 1.7 AspectJ Compiler Entfernen nicht kompatibler Programmbibliotheken Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

33 Evaluation Live Demo Evaluation "Babsi", 2013 Applikation zur Aufnahme von Patientendaten API Level 19 Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

34 Ausblick Ausblick Erweiterung für dynamische Pointcuts Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

35 Ausblick Ausblick Erweiterung für dynamische Pointcuts Optimierung für APK-Instrumentierung Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

36 Ausblick Ausblick Erweiterung für dynamische Pointcuts Optimierung für APK-Instrumentierung Performance von Datenbankoperationen Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

37 Ausblick Ausblick Erweiterung für dynamische Pointcuts Optimierung für APK-Instrumentierung Performance von Datenbankoperationen Anpassung an zukünftige Android Versionen Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

38 Zusammenfassung Fazit Android Instrumentierung Sourcecode: PCW mit AspectJ APK: Dekompilieren ExplorViz Keine Netzwerkkommunikation im Main-Thread Anpassen des Build-Skriptes Anpassen des System-Monitorings Dynamische Pointcuts Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19

39 Referenzen F. Fittkau, Live Trace Visualization for System and Program Comprehension in Large Software Landscapes (Doktorarbeit/PhD), Faculty of Engineering, Kiel University, Kiel,(2015). gradle_plugin_android_aspectjx, Kiczales, Gregor, et al. Aspect-oriented programming. European conference on object-oriented programming. Springer Berlin Heidelberg, Jan Witzany Instrumentation von Android Anwendungen mit ExplorViz28. September / 19