为什么 Android 截屏需要 root 权限

Android 截屏问题

看到很多朋友都有一个需求：那就是截取 Android 的整个屏幕，而且大家都遇到一个相同的问题，没有权限。这篇文章主要从代码的角度分析，问什么需要权限，需要什么样的权限？对截屏方法也有一些分析，欢迎大家讨论。

Android 截屏 -- 传统方法

一般最开始的 Android 截屏程序，都是来源于 Linux 的截屏方法，android 使用的 Linux 内核，那么 Linux 下的截屏方法也就最先被 android 采用。Linux  使用了 framebuffer 管理显示输出，传统的办法就是读取 framebuffer 的数据，然后得到整个屏幕的数据。此方法在 Android3.0 版本之前是也唯一可行的方法。 然而 linux 采用了严格的权限控制 设备文件，framebuffer 也是其控制之一，在 Android 中只有 root ， 和 graphic 组用户才有权限读取：

ls -l /dev/graphics/fb0                                       
crw-rw---- root     graphics  29,   0 2015-01-16 03:26 fb0

随着 Android 显示系统的变迁，自 Android 4.2 开始， Android 自己增加截屏接口，而且更多的设备采用了多个 framebuffer 使用 overlay 的方式，更有采用硬件 composer 的设备，使得单独读取 framebuffer 并不能截取到，一个完整的屏幕。于是这个方法也渐渐被开发者抛弃。

Android 截屏 -- SurfaceFlinger

在 Android 4.0 里，显示系统采用了新的构架，加入“黄油计划”，同时也添加截屏接口：

status_t SurfaceFlinger::captureScreen(const sp<IBinder>& display,
        sp<IMemoryHeap>* heap,
        uint32_t* width, uint32_t* height, PixelFormat* format,
        uint32_t sw, uint32_t sh,
        uint32_t minLayerZ, uint32_t maxLayerZ)
{
    if (CC_UNLIKELY(display == 0))
        return BAD_VALUE;

    if (!GLExtensions::getInstance().haveFramebufferObject())
        return INVALID_OPERATION;

    class MessageCaptureScreen : public MessageBase {
        SurfaceFlinger* flinger;
        sp<IBinder> display;
        sp<IMemoryHeap>* heap;
        uint32_t* w;
        uint32_t* h;
        PixelFormat* f;
        uint32_t sw;
        uint32_t sh;
        uint32_t minLayerZ;
        uint32_t maxLayerZ;
        status_t result;
    public:
        MessageCaptureScreen(SurfaceFlinger* flinger, const sp<IBinder>& display,
                sp<IMemoryHeap>* heap, uint32_t* w, uint32_t* h, PixelFormat* f,
                uint32_t sw, uint32_t sh,
                uint32_t minLayerZ, uint32_t maxLayerZ)
            : flinger(flinger), display(display),
              heap(heap), w(w), h(h), f(f), sw(sw), sh(sh),
              minLayerZ(minLayerZ), maxLayerZ(maxLayerZ),
              result(PERMISSION_DENIED)
        {
        }
        status_t getResult() const {
            return result;
        }
        virtual bool handler() {
            Mutex::Autolock _l(flinger->mStateLock);
            result = flinger->captureScreenImplLocked(display,
                    heap, w, h, f, sw, sh, minLayerZ, maxLayerZ);
            return true;
        }
    };

    sp<MessageBase> msg = new MessageCaptureScreen(this,
            display, heap, width, height, format, sw, sh, minLayerZ, maxLayerZ);
    status_t res = postMessageSync(msg);
    if (res == NO_ERROR) {
        res = static_cast<MessageCaptureScreen*>( msg.get() )->getResult();
    }
    return res;
}

然而，系统依然出于安全的考虑，对权限的控制依然严格：使用系统截屏接口需要 READ_FRAMEBUFFER 权限：

        case CAPTURE_SCREEN:
        {
            // codes that require permission check
            IPCThreadState* ipc = IPCThreadState::self();
            const int pid = ipc->getCallingPid();
            const int uid = ipc->getCallingUid();
            if ((uid != AID_GRAPHICS) &&
                    !PermissionCache::checkPermission(sReadFramebuffer, pid, uid)) {
                ALOGE("Permission Denial: "
                        "can't read framebuffer pid=%d, uid=%d", pid, uid);
                return PERMISSION_DENIED;
            }
            break;
        }

Android 截屏 -- ddms

有的开发者就会发现，就算系统没有 root，依然可以通过 ddms 截屏成功。 为什么 ddms 可以在没有 root 的设备上截屏成功？

ddms 也是调用系统的截屏接口，而且他直接调用的是 screencap：

首先 ddms 通过 adb 发送信号给设备上的 adbd 守护进程，adbd 里面的 framebuffer service （system/core/adb/framebuffer_service.c ） 负责整个截屏过程：

void framebuffer_service(int fd, void *cookie)
{
    struct fbinfo fbinfo;
    unsigned int i;
    char buf[640];
    int fd_screencap;
    int w, h, f;
    int fds[2];

    if (pipe(fds) < 0) goto done;

    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0) goto done;

    if (pid == 0) {
        dup2(fds[1], STDOUT_FILENO);
        close(fds[0]);
        close(fds[1]);
        const char* command = "screencap";
        const char *args[2] = {command, NULL};
        execvp(command, (char**)args);
        exit(1);
    }

    fd_screencap = fds[0];

    /* read w, h & format */
    if(readx(fd_screencap, &w, 4)) goto done;
    if(readx(fd_screencap, &h, 4)) goto done;
    if(readx(fd_screencap, &f, 4)) goto done;

shell@mx3:/ $ ps adbd
ps adbd
USER     PID   PPID  VSIZE  RSS     WCHAN    PC         NAME
shell     3008  1     4648   272   ffffffff 00000000 S /sbin/adbd
shell@mx3:/ $ id shell
id shell
uid=2000(shell) gid=2000(shell) groups=1003(graphics),1004(input),1007(log),1009(mount),1011(adb),1015(sdcard_rw),1028(sdcard_r),3001(net_bt_admin),3002(net_bt),3003(inet),3006(net_bw_stats)

adbd 是以 shell 用户执行的， 而系统为 shell 用户分配 graphics 组，所以 shell 用户是有权限调用 surfaceflinger 的接口的。

总结

以上几种办法，除了 adb 不需要 root ，另外两种都需要 root 才能截屏。当然还有 android 的版本差异，造成接口函数也不一样，具体细节可以查看源代码。要实现自己的截屏功能，提升权限是必须的，但是我们也看到有些程序可以在没有 root 的设备上执行。那么我们可以推测，可以不要 root ，但是提升到 graphics 或者将应用提升到 system 级别都是可行的。希望这篇文章可以帮助还在寻找截屏方法的朋友。