解决Android 16 KB页面对齐问题的参考方案

随着 $\text{Android}$ 平台的发展，新的硬件架构正在逐步采用更大的内存页面大小 ($\text{Page Size}$)，从传统的 $\text{4 KB}$ 转向 $\text{16 KB}$。$\text{Android 15}$ (以及 $\text{Google Play}$ 的新政策) 要求所有针对 $\text{64}$ 位 ($\text{arm64-v8a}$) 设备的共享原生库 ($\text{.so}$ 文件) 必须以 $\text{16 KB}$ 边界对齐 $\text{ELF}$ 段，否则可能导致应用在这些新设备上崩溃或无法安装。

如果您在 $\text{Google Play Console}$ 收到警告，或发现应用依赖的第三方原生库（尤其是那些无人维护的）存在对齐问题，本文将为您提供一套完整的技术解决方案：获取源代码并重新编译。

1. 问题本质：为什么需要 $\text{16 KB}$ 对齐？

内存页面 (Memory Page) 是操作系统管理虚拟内存的最小单位。传统 $\text{Android}$ 基于 $\text{4 KB}$ 页。$\text{16 KB}$ 页能减少 $\text{TLB}$ (Translation Lookaside Buffer) $\text{Misses}$，优化内存管理，从而带来启动速度和电池续航的提升。

$\text{Android}$ 系统加载 $\text{.so}$ 库时，会读取其 $\text{ELF}$ (Executable and Linkable Format) 文件中的 加载段 (LOAD Segment) 。如果这些段的对齐方式仍停留在 $\text{4 KB}$ ($\text{0x1000}$) 的假设上，在 $\text{16 KB}$ ($\text{0x4000}$) 系统的严格要求下，系统将拒绝加载，导致运行时错误 ($\text{SIGSEGV}$ 等)。

2. 首选方案：升级工具链

如果您能够控制源代码的编译过程，最简单且最推荐的方法是：

1. 升级 $\text{NDK}$： 使用 $\text{Android NDK r28}$ 或更高版本。

   • $\text{NDK r28}$ (及更高版本) 已将 $\text{64}$ 位架构的 $\text{ELF}$ 段对齐默认设置为 $\text{16 KB}$，您通常只需要 $\text{Clean}$ 后重新构建即可。

2. 升级 $\text{AGP}$： 使用 $\text{Android Gradle Plugin (AGP) 8.5.1}$ 或更高版本。

3. 目标 $\text{SDK}$： 将 compileSdk 设置为 $\text{API 35}$ (Android 15) 或更高。

如果您的代码库因依赖性等原因无法使用最新的 $\text{NDK}$，则需要手动在编译配置中添加链接器标志。

3. 核心配置：手动设置 $\text{16 KB}$ 对齐

无论您使用 $\text{CMake}$ 还是 $\text{ndk-build}$，核心目标都是向 $\text{64}$ 位架构的链接器传递以下关键参数：

A. 针对 $\text{CMake}$ 的配置 (推荐)

在您的 CMakeLists.txt 文件中，为目标 $\text{Native}$ 库 ($\text{your\_so\_target}$) 添加以下代码：

CMake

# 仅针对 64 位 ARM 架构 (arm64-v8a) 应用 16 KB 对齐要求
if (CMAKE_ANDROID_ARCH_ABI STREQUAL "arm64-v8a")
    # 通过链接器选项 (-Wl) 强制设置页面对齐大小
    target_link_options(your_so_target PRIVATE
        # 强制最大页面大小对齐为 16384 字节 (16 KB)
        "-Wl,-z,max-page-size=16384"
        # 强制通用页面大小对齐为 16384 字节
        "-Wl,-z,common-page-size=16384"
    )
endif()

B. 针对 $\text{ndk-build}$ 的配置

如果使用 $\text{NDK r27}$： 在 Application.mk 中添加：

Makefile

APP_SUPPORT_FLEXIBLE_PAGE_SIZES := true

如果使用 $\text{NDK r26}$ 或更低版本： 在 Android.mk 或 Application.mk 中手动添加链接器标志：

Makefile

# 手动添加链接器标志，确保 16KB 对齐
LOCAL_LDFLAGS += -Wl,-z,max-page-size=16384
LOCAL_LDFLAGS += -Wl,-z,common-page-size=16384

4. 关键参数解析 ($\text{-Wl,-z}$)

这些看似复杂的参数是 $\text{C/C++}$ 编译系统中跨工具链传递选项的通用做法。

参数	含义	解释
$\text{-Wl}$	传递给链接器 ($\text{Linker}$)	这是编译器（如 $\text{Clang}$）的标志，告诉它将后面用逗号分隔的参数原封不动地传递给最终的链接工具 ($\text{ld}$)。
$\text{-z}$	链接器控制标志	这是链接器 ($\text{ld}$) 的选项，用于控制 $\text{ELF}$ 文件格式的各种属性。
$\text{max-page-size=16384}$	最大页面对齐值	核心参数。强制链接器将 $\text{ELF}$ 文件中所有可加载段 ($\text{LOAD}$ segments) 的对齐边界设置为 $\text{16384}$ 字节 ($\text{16 KB}$)。
$\text{common-page-size=16384}$	通用页面对齐值	辅助 $\text{max-page-size}$ 确保 $\text{ELF}$ 段以 $\text{16 KB}$ 对齐，以兼容 $\text{4 KB/16 KB}$ 双页系统。

5. 代码层面的 $\text{4 KB}$ 假设修复

除了编译配置，您还必须检查 $\text{C/C++}$ 源代码，确保没有硬编码 $\text{4 KB}$ 页面大小的假设。

错误的 4 KB 假设	正确的页面大小无关实现
直接使用硬编码常量 4096 或宏 PAGE_SIZE	使用系统调用动态获取页面大小：sysconf(_SC_PAGESIZE) 或 getpagesize()
mmap(NULL, size, ...) 时未对齐 size	使用对齐分配函数：posix_memalign(&ptr, page_size, size)

6. 验证 $\text{.so}$ 文件的对齐结果

重新编译后，您可以使用 $\text{NDK}$ 工具链中的 readelf 命令来验证 $\text{.so}$ 文件是否已正确对齐。

Bash

# 使用 NDK 工具链中的 readelf 检查 64 位库
$ANDROID_NDK_HOME/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/aarch64-linux-android-readelf -l /path/to/libyourlib.so | grep LOAD

成功的对齐结果：

如果您在输出中看到 Align 值为 0x4000，则表示您的库已正确以 $\text{16 KB}$ 对齐，符合 $\text{Android 15}$ 的要求。

LOAD off 0x00... vaddr 0x00... paddr 0x00... align 2**14 (0x4000)

错误的对齐结果：

如果 Align 值仍为 0x1000，则表示对齐失败，您需要仔细检查 $\text{NDK}$ 版本和 $\text{CMake/ndk-build}$ 配置是否正确应用。

通过以上步骤，即使是依赖于无人维护的第三方库，您也可以通过获取源代码并应用正确的 $\text{NDK}$ 工具链和链接器配置，确保您的 $\text{Android}$ 应用完全兼容 $\text{16 KB}$ 页面大小的设备，顺利通过 $\text{Google Play}$ 的审核。