Mozilla Firefox Extension扩展 内幕 教程 源代码分析 安装过程分析（XPInstall，xpcom，rdf，xpi，chrome，manifest）

一、分析任务说明

本报告的工作内容是对firefox源代码中跟它的扩展（extensions）部分相关的代码进行研究，总结得到firefox的扩展（extensions）相关部分的架构，并尽量细致的分析extensions安装过程，启动过程和相关功能类之间的关系。

本报告将在第三节详细的介绍firefox扩展的结构和相关的代码关系。

二、firefox扩展的相关知识

2.1 扩展（extensions）

      Extensions添加新功能到Mozilla Firefox中。Extensions可以简单添加一个工具栏按钮，也可以实现一个完整的新功能。Extensions可以让firefox更加适合个人需要。

      Extensions跟plugins（插件）不同。插件帮助浏览器显示特殊内容，例如播放多媒体文件。常见的插件是flash player。而Extensions也跟搜索引擎插件不同，搜索引擎插件只是在搜索栏里边多加入一个搜索引擎地址而已。

      一个扩展，通常是一个XPI（Cross-Platform Installer Module）包，其实是一个zip类型的压缩包，里边包括必须的文件。在下边的图1中，显示了一个标准的扩展包括的文件和文件的目录结构。

图 1 firefox扩展目录结构

      在图 1中，content 目录下面存放的是扩展的描述界面的 XUL 文件和增加行为的 JavaScript 文件。locale 目录存放的是本地化相关的文件。如果需要支持英文和中文，就可以在 locale 目录下面新建 en-US 和 zh-CN 目录来存放相应的本地化字符串。skin 目录存放的是一些 CSS 文件，用来定义扩展的外观。chrome.manifest 是 Chrome 注册的清单文件（参见 2.2节）。install.rdf 分别包含了扩展安装的信息。

2.2 chrome

Chrome 指的是应用程序窗口的内容区域之外的用户界面元素的集合，这些用户界面元素包括工具条，菜单，进度条和窗口的标题栏等。Chrome 提供者能为特定的窗口类型（如浏览器窗口）提供 chrome。有三种基本的 chrome 提供者：

l  内容（Content）：通常是 XUL(XML User Interface Language) 文件。 而XUL文件将会指定扩展在Firefox中运行时表现的界面和功能。XUL文件是一种Javascript文件，设计的目的是为了描述窗口和对话框的内容。

l  区域（Locale） ：存放本地化信息。

l  皮肤（Skin）：描述 chrome 的外观。通常包含 CSS 和图像文件。

2.3 XULRunner

      XULRunner 项目提供一套称为XULRunner的Mozilla运行支持包，用于启动基于XUL+XPCOM（见2.4节）的程序，例如Firefox，Thunderbird，Sunbird。它提供各种机制，包括安装，升级，卸除这些软件的功能。

      而Firefox整个程序主界面和扩展的界面都是由XUL文件来描述的，所以在Firefox运行过程中，和扩展使用过程中，都是靠XULRunner来支持。

2.4 XPCOM

XPCOM（Cross Platform Component Object Model）是一种跨平台组件对象模型，类似于微软的 COM。它有多种语言系结（Language Binding），使 XPCOM 组件可使用并实现于C++、JavaScript、Java 及 Python。XPCOM 的界面是由称为 XPIDL （Interface Definition Language）所定义。

XPCOM 自身提供了一套核心组件和类别，例如，档案和内存管理、线程、基本数据结构（strings, arrays, variants）等。大多数 XPCOM 组件并非由核心组件所提供，而是由其他平台或应用程序、甚至是延伸套件所提供。

      而在Firefox中，绝大多数的功能都基于XPCOM机制。例如Firefox为扩展开发提供的接口都是用XPCOM方式来实现的。

      例如gRDF = Components.classes["@mozilla.org/rdf/rdf-service;1"]

                                .getService(Components.interfaces.nsIRDFService);

将获取RDF模块的nsIRDFService实例。

2.5 XPInstall

      XPInstall（Cross-Platform Install）是Mozilla系列软件或者其他基于XUL的软件中用于安装extensions的技术。在Firefox2.0的源代码中，有一个名为xpinstall的文件夹，存放跟XPInstall模块相关的代码。

      另外需要特别指出Firefox的扩展分为普通默认扩展和定制安装扩展。普通默认扩展没有定制的安装代码，整个安装过程由Firefox默认流程来执行。而定制安装扩展的安装包中有定制的安装过程信息。而这些信息是用专门的Javascript代码编写，调用XPInstall提供的API来实现。定制安装扩展，常见的例子是用Firefox打开扩展中心，点击某个扩展就可以在线安装，其中就是调用了XPInstall的API。

三、源代码分析结果

3.1 Firefox扩展结构图

图 2所示的是Firefox中跟扩展相关的部分的结构。其中Necko是Firefox处理网络相关的核心部分，而Gecko是Firefox解释网页的核心，或者说内核，也就是Layout Engine。而RDF模块实现了一系列XPCOM接口，用于在安装扩展或者处理扩展过程中，读取RDF文件信息。

扩展安装过程，主要有XPInstall负责，如果XPInstall发现扩展是普通默认扩展，将交由toolkit模块（图中没有画出）中负责扩展安装的相关部分来处理。

扩展的运行，需要Chrome注册模块支持。在Firefox运行时，扩展的chrome信息注册到注册模块中，再交给XULRunner来显示，其中涉及到所有内核提供的功能都涉及到XPCOM。而Firefox所有界面都是由XULRunner来实现的。所以，在扩展运行过程中，扩展已经和Firefox本身融为一体，扩展跟Firefox内核的交互，和Firefox主界面跟内核的交互，两种交互是一样的，都是在XULRunner的平台上，调用XPCOM来实现相应的功能。

3.2 扩展的安装过程

      扩展概要的安装过程如图 3所示：

      扩展安装主要由XPInstall负责，而XPInstall模块中处理扩展安装的最顶端入口是nsSoftwareUpdateRun.cpp。该文件中定义了RunInstall()函数，Firefox主程序可以设置参数使得RunInstall()单线程或者多线程调用RunInstallOnThread()进行安装。

图 4 XPInstall初始安装过程

图 4是XPInstall安装扩展开始的几步关键过程。其中，nsSoftwareUpdate类包含若干跟安装有关的操作，而nsIZipReader是一个XPCOM接口，有读取xpi包的接口，而installInfo类封装了当前安装的扩展的关键信息，而最后的nsExtensionManager也是XPCOM接口，由toolkit模块中负责Extension部分的代码实现，专门处理普通默认扩展。

上述过程中，有两步比较关键，OpenAndValidateArchive()验证当前的xpi符合规范，数字签名安全等等。另外Test(“install.rdf”)，决定了当前这个xpi是否属于普通类型。如果install.rdf存在，则把当前扩展当作普通扩展来处理。再调用nsExtensionManager来进行下一步的安装。

接下来将重点总结一下nsExtensionManager中的安装过程。如图 5所示：

图 5 nsExtensionManager安装过程

在nsExtensionManager中，用Components.classes["@mozilla.org/rdf/rdf-service;1"].getService(Components.interfaces.nsIRDFService)，获取nsIRDFService服务。调用getInstallManifest()在install.rdf中获取安装信息ds存到全局变量_metadataDS中。

再调用nsIRDFService的GetResource( )抽取每项安装信息，例如maxVersion，扩展的唯一标识guid等，并检查是否适合安装。

通过getInstallLocation获取安装位置后调用Install类的函数installFromFile()来完成安装。其中即调用_installExtensionFiles()和safeInstallOperation()来部署目标文件夹（window xp为例，是C:\Documents and Settings\UserName\Application Data\Mozilla\Firefox\Profiles\Profile\extensions），然后解压所有xpi中的文件放到指定位置。其中safeInstallOperation()保证了复制文件的过程中，如果出现错误能够完整的rollback。

nsExtensionManager最后调用_updateExtensionManifest()更新扩展信息表，把新扩展的文件信息加到汇总表中，以供Firefox启动的时候由toolkit来读取。详细见3.5节。

如果没有install.rdf，XPInstall将会调用图 6的过程。其中最重要的是InitXPInstallObjects( )。这个调用将会在nsJSInstall中调用到几乎整个XPInstall的类。由于本次分析主要集中在普通默认扩展上，对XPInstall具体过程不作深究。XPInstall的结构请见3.3节。

图 6 定制安装的扩展安装过程

3.3 XPInstall模块分析

表格 1 XPInstall主要类

      XPInstall主要类图如图 7所示。

图 7 XPInstall主要类结构图

3.4 rdf模块分析

表格 2 RDF模块主要类和接口

RDF模块主要类与接口的关系如图 8所示。

图 8 RDF模块主要类与接口的关系图

3.5 扩展的启动过程

      扩展的启动过程如图 9所示：

1. toolkit的nsXREDirProvider读取extensions.ini，抽取每个扩展的chrome.manifest文件。
2. nsChromeRegistry实现nsIXULOverlayProvider和nsIToolkitChromeRegistry接口。其中ProcessManifestBuffer()处理所有manifest文件，然后把相应的内容加到对应的容器中，例如overlay 的xul对象加到mOverlayHash中。这些容器都是静态的。
3. XUL组件的nsXULDocument调用nsIXULOverlayProvider的GetXULOverlays()获取扩展的xul列表，并把扩展的xul加到主模型中。
4. XULRunner根据XUL文件启动Firefox。

四、总结与体会

4.1 分析的难点

1. 在分析Firefox源代码的过程中，遇到最大的问题就是扩展涉及到的面太广，虽然支持文档不少，但是想直接分析相对应的代码就没有现成的支持了。从最早计划研究Firefox对扩展的支持API，逐渐深入了解扩展的机制后，不得不改变方向。因为扩展涉及到的源代码实在太多，而且Firefox除了内核以外，其他部分都是基于XUL和XPCOM的。正因为这样的架构，使得扩展非常的简单，但我们研究的难度就很大。例如XUL，本来就是Firefox的一个子项目，要独立分析这一部分已经是一个很大的工作。
2. Firefox源代码非常庞大，查找出哪些代码跟扩展相关也已经是一个很大的工作。
3. 分析代码的工具不足。例如Firefox扩展涉及到三种类型的代码：C++代码，IDL代码和Javascript代码。C++代码还有比较好的编辑器来阅读，但还是不够，因为要研究函数的调用顺序的时候就非常的困难，因为源程序没有编译，没有代码导航功能。而IDL和Javascript就更加难以阅读了。在研究过程中，不得不使用ctrl+f来不断查找了。
4. 对组内大部分同学来说，都是第一次正式的去研究一个软件某一部分的代码。经常这一次的过程，让我们学会了如何在软件的源代码中找出我们需要的部分。
5. 当然，这次过程最大的收获是为我们开发扩展垫好基础，让我们从外到内很好的理解了扩展的结构和扩展的工作机制。这样在进行开发的时候，对XUL和rdf相关编写规范就会更加的容易理解和上手。而这一点，也是我们研究扩展相关代码的最大目的。

4.2 分析的收获

五、工作展望

      在这一次的研究过程中，由于时间和能力有限，研究的广度和深度还是很皮毛。在日后，我们将会围绕着扩展来逐步深入对Firefox源代码的研究。例如首先的研究方向是XPCOM的具体结构和XULRunner这部分。