android系统体系结构

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android系统体系结构

作者：spy19881201，发布于2012-5-28

Android 是google公司针对手机开发的一个平台，并公布了其中大部分代码，其大部分应用程序都是用JAVA开发的，毕竟它是商业性的产品嘛，有所保留也是理所当然的。对于搞嵌入式linux开发的人来说我们可以从中学习其长处，也算得上是未来的一个发展方向和趋势吧。

我们先来看看Android它的体系结构吧。下面是一张公开的Android体系结构图。

android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构。从架构图看，android分为四个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和linux核心层。蓝色的代表java程序，黄色的代码为运行JAVA程序而实现的虚拟机，绿色部分为C/C++语言编写的程序库，红色的代码内核(linux内核+drvier)

1.应用程序

Android会同一系列核心应用程序包一起发布，该应用程序包包括email客户端，SMS短消息程序，日历，地图，浏览器，联系人管理程序等。所有的应用程序都是使用JAVA语言编写的。

2.应用程序框架

开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的API 框架。该应用程序的架构设计简化了组件的重用；任何一个应用程序都可以发布它的功能块并且任何其它的应用程序都可以使用其所发布的功能块（不过得遵循框架的安全性限制）。同样，该应用程序重用机制也使用户可以方便的替换程序组件。

隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统, 其中包括；

丰富而又可扩展的视图（Views），可以用来构建应用程序，它包括列表（lists），网格（grids），文本框（text boxes），按钮（buttons），甚至可嵌入的web浏览器。
内容提供器（Content Providers）使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据（如联系人数据库），或者共享它们自己的数据
资源管理器（Resource Manager）提供非代码资源的访问，如本地字符串，图形，和布局文件（ layout files ）。
通知管理器（Notification Manager）使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息。
活动管理器（ Activity Manager）用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能。

有关更多的细节和怎样从头写一个应用程序，请参考如何编写一个 Android 应用程序.

3.系统运行库

1)程序库

Android 包含一些C/C++库，这些库能被Android系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。以下是一些核心库：

Bionic系统 C 库 - 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库（ libc ），它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。
媒体库 - 基于 PacketVideo OpenCORE；该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。
Surface Manager - 对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提供了2D和3D图层的无缝融合。这部分代码
Webkit,LibWebCore - 一个最新的web浏览器引擎用，支持Android浏览器和一个可嵌入的web视图。鼎鼎大名的 Apple Safari背后的引擎就是Webkit
SGL - 底层的2D图形引擎
3D libraries - 基于OpenGL ES 1.0 APIs实现；该库可以使用硬件 3D加速（如果可用）或者使用高度优化的3D软加速。
FreeType -位图（bitmap）和矢量（vector）字体显示。
SQLite - 一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
还有部分上面没有显示出来的就是硬件抽象层。其实Android并非讲所有的设备驱动都放在linux内核里面，而是实现在userspace空间，这么做的主要原因是GPL协议，Linux是遵循该协议来发布的，也就意味着对 linux内核的任何修改，都必须发布其源代码。而现在这么做就可以避开而无需发布其源代码，毕竟它是用来赚钱的。而在linux内核中为这些userspace驱动代码开一个后门，就可以让本来userspace驱动不可以直接控制的硬件可以被访问。而只需要公布这个后门代码即可。一般情况下如果要将Android移植到其他硬件去运行，只需要实现这部分代码即可。包括：显示器驱动，声音，相机，GPS,GSM等等

2)Android 运行库

Android 包括了一个核心库，该核心库提供了JAVA编程语言核心库的大多数功能。

每一个Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。 Dalvik虚拟机执行（.dex）的Dalvik可执行文件，该格式文件针对小内存使用做了优化。同时虚拟机是基于寄存器的，所有的类都经由JAVA编译器编译，然后通过SDK中的 "dx" 工具转化成.dex格式由虚拟机执行。

Dalvik虚拟机依赖于linux内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。

4.Linux 内核

Android 的核心系统服务依赖于 Linux 2.6 内核，如安全性，内存管理，进程管理，网络协议栈和驱动模型。 Linux 内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。其外还对其做了部分修改，主要涉及两部分修改：

1).Binder (IPC)：提供有效的进程间通信，虽然linux内核本身已经提供了这些功能，但Android系统很多服务都需要用到该功能，为了某种原因其实现了自己的一套。

2).电源管理：主要是为了省电，毕竟是手持设备嘛，低耗电才是我们的追求。

最后在谈谈Android所采用的语言，其应用开发采用java语言，我们所说的java一般包含三个部分：

1)java语言：即其语法，其写代码的程式

2).java虚拟机：为了实现一次编译到处可以运行的原则，java在编译连接以后并没有产生目标机器语言，而是采用了Java bytecode这种Java共用指令，这时就需要一个虚拟机来执行改指令。

3).库：跟我们常用的C语言一样提供一些常用的库

后两者结合就是Java Runtime Environment。

Android使用的虚拟机叫 Dalvik，最初并是不为Java设计的，它并不能运行Java bytecode指令，而是运行叫Dalvik executable，简称dx。为此Android提供了dx工具，用来将Java bytecode转换为dx。

Android源代码结构:

Google提供的Android包含了原始Android的目标机代码，主机编译工具、仿真环境，代码包经过解压缩后，第一级别的目录和文件如下所示：

bootloader目录展开的两个级别目录：

build目录展开的一个级别的目录如下所示：

其中，core中的Makefile是整个Android编译所需要的真正的Makefile，它被顶层目录的Makefile引用。

envsetup.sh是一个在使用仿真器运行的时候，用于设置环境的脚本。

dalvik目录用于提供Android JAVA应用程序运行的基础————JAVA虚拟机。

development目录展开的一个级别的目录如下所示：

在emulator目录中qemud是使用QEMU仿真时目标机器运行的后台程序，skins是仿真时手机的界面。

samples中包含了很多Android简单工程，这些工程为开发者学习开发Android程序提供了很大便利，可以作为模板使用。

external目录展开的一个级别的目录如下所示：

在external中，每个目录表示Android目标系统中的一个模块，可能有一个或者若干个库构成。其中：

opencore为PV（PacketVideo），它是Android多媒体框架的核心。

webkit是Android网络浏览器的核心。

sqlite是Android数据库系统的核心。

openssl是Secure Socket Layer，一个网络协议层，用于为数据通讯提供安全支持。

frameworks目录展开的一个级别的目录如下所示：

frameworks/
|-- base
|-- opt
`-- policies

frameworks是Android应用程序的框架。

hardware是一些与硬件相关的库

kernel是Linux2.6的源代码

packages目录展开的两个级别的目录如下所示：

packages中包含两个目录，其中apps中是Android中的各种应用程序，providers是一些内容提供者（在Android中的一个数据源）。

packages中两个目录的内容大都是使用JAVA编写的程序，各个文件夹的层次结构是类似的。

prebuilt目录展开的一个级别的目录如下所示：

system目录展开的两个级别的目录如下所示：