Android 开发简介-系统架构

Android 开发简介-系统架构

Android 的系统架构：

Android的系统架构分为四层：应用，应用框架层，系统运行库，Linux kernal内核层



1.Android应用层

应用层使用 Java 语言编写运行在虚拟机上的程序。这些程序主要是UI方面的，还包含各种资源文件（res目录中），Java程序及其相关资源经过编译后，生成一个.apk包。

Google在Android中内置了一些必要的应用程序，如联系人，主屏幕（Home），日历，地图，浏览器，SMS短消息程序。 应用程序的开发者还可以使用应用程序框架层的API 实现自己的程序。这也是Android 开源的巨大潜力的体现。

2.应用程序框架层

Android的应用程序框架为应用程序层( 这一层是程序员开发自己程序（包括Google发布的应用） )的开发者提供API框架，它实际上是一个应用程序的框架。 我们在开发应用程序时都是通过框架与Android底层进行交互的。 可以简化程序开发的架构设计，但是必须遵守其框架的开发原则。

由于上层的应用程序是以JAVA构建的，因此本 层次提供的首先包含了UI程序中所需要的各种控件：

View 视图：可以用来构建应用程序，包括List, Grid, TextBox, Button 以及可嵌入的Web浏览器。

Content Providers 内容提供器： 让一个应用程序访问另一个程序的数据，或共享自己的数据。

Resource Manager资源管理器：提供非代码资源的访问，如本地字符串，图形和布局文件(Layout file).

Nofitication Manager通知管理器： 应用可以在状态栏中显示自定义的提示信息。

Activity Manager活动管理器：用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航退回功能。

Window Manager窗口管理器：管理所有的窗口程序。

Package Manager包管理器：Android系统内的程序管理。

一个Andoid的应用程序可以利用应用程序框架中的以下几个部分：

　　Activity (活动)

　　Broadcast Intent Receiver (广播意图接收者)

　　Service (服务)

　　Content Provider (内容提供者)

3. 系统运行库层（C/C++库和Android运行环境RunTime）

本层次对应一般嵌入式系统，相当于中间件层次。Android的本层次分成两个部分一个是各种库，另一个是Android 运行环境。本层的内容 大多是使用C++实现的。当使用Application Framwork 层时，Android系统通过C/C++库支持我们使用的Application Framework内的各个组件。

C/C++库包括：

Bionic系统C库：这也是系统中一个最为底层的库，C库是通过Linux的系统调用来实现。

MediaFramework多媒体库：Android系统的多媒体库的核心部分，基于PacketVideo（即PV）的 OpenCORE, 此库从功能上一共分为两大部分，一部分是音频，视频的回放(PlayBack),另一部分是音视频的记录(Recorder)。此库支持多种常见格式的音频，视频的回放和录制，以及图片，MPEG4, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG等。

SGL：2D图形引擎库

SSL：即Secure Socket Layer位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持。

OpenGL ES 1.0：提供3D 的支持

Surface Management界面管理工具：提供了对管理显示子系统等功能。

SQLite: 一个通用的嵌入式关系数据库。

Webkit: web 网络浏览器引擎

FreeType：位图(Bitmap)及矢量字体(Vector)的功能

Android的各种库一般是以系统中间件形式提供的，它们均有的一个显著特点就是与移动设备的平台的应用密切相关。

　Android 运行环境主要指的虚拟机技术——Dalvik。Android中的所有Java程序都是运行在Dalvik VM上的。Android上的每个程序都有自己的线程，DVM只执行.dex的Dalvik executable 文件。每个Android应用在底层都对应有一个独立的DVM实例并在其解释下执行。

虽然DVM也是用Java编程语言，Dalvik虚拟机和一般JAVA虚拟机(Java VM)并不兼容，他们两个的区别是JVM标准执行的是.class的字节码(bytecode ),而是DVM执行的是其专有的(.dex)执行文件。在编译过程中，Java把类编译成一个或多个.class byte code 文件，然后打包到jar中，JVM会从中jar文件中获得相应的.class文件和JRE字节码。 Android VM虽然也是是用Java语言进行编程， Java程序通过编译后，还需要通过SDK中的dex工具转化成.dex格式，DVM再从其中读取指令和数据。

每一个应用程序即一个进程(Linux的一个Process)。 二者最大的区别在于Java VM是以基于栈的虚拟机(Stack-based)，而Dalvik是基于寄存器的虚拟机(Register-based)。 显然，后者最大的好处在于可以根据硬件实现更大的优化，这更适合移动设备的特点。

DVM非常适合在移动终端上使用，与PC相比，它不需要很快的CPU和大量的内存空间. Google的测算显示，64MB的内存已经能让系统正常运转了。 其中24MB被用于底层系统的初始化和启动。另外20MB被用于启动高层服务。DVM有如下特征：

使用专有的.dex格式。

原因是java类文件在编译过后，会产生至少一个.class文件包含大量陈余信息，dex文件格式会把所有的.class文件内容整合到一个.dex文件中。即减少了整体文件的尺寸和IO操作，也提高了类的查找速度。

增加了对新的操作码的支持

文件结构尽量简洁，使用等长的指令，借以提高解析速度。

尽量扩大只读结构的大小，借以提高跨进程的数据共享。

dex的优化，dex文件的结构是紧凑的，但是如果想提高运行时的性能，就需要对dex文件进行进一步的优化，这些优化针对以下几个方面：

验证dex文件中的所有类

对一些特定的类和方法里面的操作码进行优化

调整所有的字节序(Little_endian)和对齐结构中的每一个域

基于寄存器，基于寄存器的虚拟机虽然比基于堆栈的虚拟机在硬件，通用性上要差一些，但是它的代码执行效率去更好

每一个Android应用都运行在它自己的DVM实例中，每一个DVM实例都是一个独立的进程空间。 所有的Android应用的线程都对应一个Linux线程，DVM因此可以更多地依赖操作系统的线程调度和管理机制。不同的应用在不同的进程空间里运行，不同的应用都是用不同的Linux用户来运行以最大程度地保户应用程序的安全性和独立性。

4. Linux kernal 内核

Android使用Linux2.6内核作为操作系统，Linux2.6是一种标准的技术，Linux也是一个开放的操作系统。Android系统的安全性，内存管理，进程管理，网络协议栈和驱动模型等都依赖于该Linux2.6内核。该内核同时也作为硬件和软件栈之间的抽象层。

Android对操作系统的使用包括核心和驱动程序两部分 ，Android更多的是需要一些与移动设备相关的驱动程序。 主要的驱动如下所示：

　　显示驱动(Display Driver)：基于Linux的帧缓冲(Frame Buffer)驱动

　　键盘驱动(KeyBoard Driver)： 作为输入设备的键盘驱动

　　Flash内存驱动(Flash Memory Driver)： 基于MTD的Flash驱动程序

　　照相机驱动(Camera Driver)： 常用基于Linux的v4l2(Video for Linux)驱动。

　　音频驱动(Audio Driver)： 常用基于ALSA(Advanced Linux Sound Architecture)，高级Linux声音体系)驱动

　　蓝牙驱动(Bluetooth Driver)： 基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术

　　WiFi驱动(Camera Driver)： 基于IEEE 802.11标准的驱动程序

　　Binder IPC驱动： Android一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通讯的功能

　　Power Management(电源管理)：比如电池电量等

Android应用程序框架

应用程序框架可以说是一个应用程序的核心，是所有参与开发的程序员共同使用和遵守的约定，大家在其约定上进行必要的开发。程序始终保持主体结构的一致性。其作用让程序保持清晰和一目了然，在满足不同的需求的同时有不互相影响。

Android提供大家的就是这个框架，所有的程序都必须遵守这个框架的原则，进行扩展。

在一般的JAVA应用中，如果需用引用基础类库，通常需要使用如下的方式：

import javax.swing.*;

以上代码表示了引用JAVA的GUI组件Swing,javax.swing即JAVA中的一个包。

Android提供一些扩展的JAVA类库，类库分为若干个包，每个包中包含若干个类。例如：在Android中计算器是一个相对简单的程序，其入口程序文件为Calculator.java，该文件包含了以下内容：

package com.android.calculator2;

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

import android.util.Log;

import android.util.Config;

import android.view.Menu;

import android.view.MenuItem;

import android.view.Window;

import android.view.View;

import android.widget.Button;

import android.widget.ListView;

import android.content.res.Configuration;

在Android中，各种包写成android.*的方式，重要包的描述如下所示：

android.app ：提供高层的程序模型、提供基本的运行环境

android.content ：包含各种的对设备上的数据进行访问和发布的类

android.database ：通过内容提供者浏览和操作数据库

android.graphics ：底层的图形库，包含画布，颜色过滤，点，矩形，可以将他们直接绘制到屏幕 上.

android.location ：定位和相关服务的类

android.media ：提供一些类管理多种音频、视频 的媒体接口

android.net ：提供帮助网络 访问的类，超过通常的java.net.* 接口

android.os ：提供了系统服务、消息传输、IPC机制

android.opengl ：提供OpenGL的工具

android.provider ：提供类访问Android的内容提供者

android.telephony ：提供与拨打电话相关的API交互

android.view ：提供基础的用户界面接口框架

android.util ：涉及工具性的方法，例如时间日期的操作

android.webkit ：默认浏览器操作接口

android.widget ：包含各种UI元素（大部分是可见的）在应用程序的屏幕中使用

OMS与OPhone介绍

OMS是Open Mobile System的简称。是面向移动互联网的开放型移动智能终端软件平台，包含基于Linux2.6内核的移动终端下层操作系统，上层应用软件，中间件，JVM, 硬件参考设计，以及基于 WebKit的各类应用。具有强大的兼容性，扩展性和安全性，以及简单易用，友好的人机界面和活跃的在线的生态环境。

Ophone是基于Linux的面向移动互联网的终端基础软件及系统解决方案。Ophone是指采用了OMS智能操作系统的手机。中国移动在Android操作系统上自主研发了OMS系统。所以Ophone和Android兼容，都是基于Java开发的，因此可以同时用OMS API 和 Android API 开发OMS应用. 基于Android API开发的应用可以在OMS终端上正确的运行。但是不能再Android上运行基于OMS API开发的程序，因为OMS API 是OMS平台独有的，且运行时时必须的。

Widget介绍

OMS除了支持Java应用，还支持Widget开发。 Widget开发是OMS的精华。Android在1.5版本后也支持Widget开发，但是与OMS的标准则不同。

Widget应用采用了JIL(Joint Innovation Lab) Widget标准，JIL Widget 是一个采用HTML， JavaScript， 和CSS等网络技术的应用程序，而Ophone应用是采用Java技术的应用程序。 Widget应用是在Widget引擎上运行的独立的应用程序，Widget提供了许多javascript API来扩展Widget应用的能力。