Android USB 文件系统访问：权限、机制与驱动详解279

Android 系统对 USB 设备的访问控制较为严格，这主要源于安全考虑。直接访问 USB 设备的文件系统并非易事，需要深入理解 Android 的权限模型、内核驱动机制以及相关的 API。本文将详细阐述 Android 如何读写 USB 文件系统，并探讨其中涉及的操作系统核心知识。

一、权限管理：Android 的安全沙箱

Android 系统采用基于权限的安全性模型，每个应用程序运行在独立的沙箱中，默认情况下无法访问系统资源，包括 USB 设备。要访问 USB 设备，应用程序必须声明相应的权限，并在 文件中进行配置。 相关的权限通常包括 .USB_PERMISSION (请求用户授权访问特定的 USB 设备) 和 .ACCESS_USB (访问 USB 设备)。然而，ACCESS_USB 权限在 Android 11 及更高版本中被弃用，更细粒度的权限控制取而代之，例如针对特定USB设备类的权限。 获取这些权限需要用户明确授权，这增加了安全性。

在 Android 11 及之后版本中，Android 引入了 USB 设备授权机制，应用程序需要在运行时动态请求访问 USB 设备的权限。这通过 UsbManager 类实现。应用程序首先需要查询连接的 USB 设备，然后使用 requestPermission() 方法向系统请求访问权限。系统会弹出一个对话框提示用户确认，只有用户授权后，应用程序才能获得对该 USB 设备的访问权限。

二、内核驱动：USB 设备的底层支持

Android 系统的核心是 Linux 内核，USB 设备的访问依赖于内核中的 USB 驱动程序。当 USB 设备连接到 Android 设备时，内核会检测到该设备，并根据其厂商 ID 和产品 ID 加载相应的驱动程序。驱动程序负责与 USB 设备进行通信，并将其暴露为字符设备或块设备，应用程序可以通过系统调用访问这些设备。

不同类型的 USB 设备有不同的驱动程序，例如，对于大容量存储设备（U盘、移动硬盘），通常使用 MSC (Mass Storage Class) 驱动程序。该驱动程序将 USB 存储设备映射为一个文件系统，例如 FAT32、exFAT 或 NTFS。 应用程序可以通过标准的文件 I/O 系统调用（如 open(), read(), write(), close()）来访问这些文件系统。然而，直接使用这些系统调用需要 root 权限，这在普通 Android 应用中是不允许的。

三、用户空间访问：通过 Android API 进行访问

为了方便应用程序访问 USB 设备，Android 提供了一套 API，主要通过 UsbManager 和 UsbDeviceConnection 类实现。UsbManager 用于管理 USB 设备，包括查询连接的设备、请求访问权限等。UsbDeviceConnection 用于与特定 USB 设备进行通信，包括读写数据。 开发者很少需要直接操作内核驱动；Android 提供了高级的抽象层，屏蔽了底层细节。

对于大容量存储设备，Android 通常会将设备挂载到文件系统，应用程序可以通过文件路径访问其中的文件。这需要权限，且路径通常位于 `/mnt/usbStorage` 或类似目录下。然而，这依赖于系统如何处理USB设备，且并非所有情况下都能保证。 直接访问这些路径也可能受到SELinux等安全机制的限制。

四、MTP (Media Transfer Protocol)：媒体文件传输

对于 Android 设备而言，MTP 协议是一种常用的与 USB 存储设备交互的方式。MTP 协议允许应用程序通过网络方式访问 USB 存储设备上的文件，而不需要直接访问底层文件系统。 这增加了安全性，并简化了应用程序的开发。Android 提供了 MTP 相关的 API，允许应用程序使用 MTP 协议访问 USB 存储设备上的媒体文件。

五、安全考虑与最佳实践

访问 USB 设备需要谨慎处理安全问题。应用程序应该只请求必要的权限，并且应该验证用户输入以防止恶意代码攻击。 在处理文件 I/O 时，应用程序应该处理异常情况，例如文件不存在或权限不足。 此外，应该避免直接在用户空间执行敏感操作，如果需要进行底层操作，则需要充分考虑安全风险。使用 Android 提供的 API 比直接操作内核驱动程序更安全可靠。

六、不同 Android 版本的差异

Android 的 USB 访问机制在不同版本之间存在差异。例如，Android 11 及更高版本引入了更严格的权限控制和 USB 设备授权机制。开发者需要根据目标 Android 版本调整应用程序的代码，以确保兼容性。

总结：Android 读写 USB 文件系统并非简单直接的操作，它需要开发者深入理解 Android 的权限模型、内核驱动机制以及相关的 API。 通过合理使用 Android 提供的 API，并遵循安全最佳实践，才能安全有效地访问 USB 设备上的文件系统。

2025-07-02

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