android系统体系结构

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J***A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，***的代码为运行J***A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J***A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并非将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J***A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J***A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：

.

|-- Makefile （全局的Makefile）

|-- bionic （Bionic含义为仿生，这里面是一些基础的库的源代码）

|-- bootloader （引导加载器）

|-- build （build目录中的内容不是目标所用的代码，而是编译和配置所需要的脚本和工具）

|-- dalvik （J***A虚拟机）

|-- development （程序开发所需要的模板和工具）

|-- external （目标机器使用的一些库）

|-- frameworks （应用程序的框架层）

|-- hardware （与硬件相关的库）

|-- kernel （Linux2.6的源代码）

|-- packages （Android的各种应用程序）

|-- prebuilt （Android在各种平台下编译的预置脚本）

|-- recovery （与目标的恢复功能相关）

`-- system （Android的底层的一些库）

bionic目录展开一个级别的目录如下所示：

bionic/

|-- Android.mk

|-- libc

|-- libdl

|-- libm

|-- libstdc++

|-- libthread_db

`-- linker

bootloader目录展开的两个级别目录：

bootloader/

`-- legacy

|-- Android.mk

|-- README

|-- arch_armv6

|-- arch_msm7k

|-- fastboot_protocol.txt

|-- include

|-- libboot

|-- libc

|-- nandwrite

`-- usbloader

build目录展开的一个级别的目录如下所示：

build/

|-- buildspec.mk.default

|-- cleanspec.mk

|-- core （各种以mk为结尾的文件，它门是编译所需要的Makefile）

|-- envsetup.sh

|-- libs

|-- target （包含board和product两个目录，为目标所需要文件）

`-- tools （编译过程中主机所需要的工具，一些需要经过编译生成）

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 J***A应用程序运行的基础————J***A虚拟机。

development目录展开的一个级别的目录如下所示：

development

|-- apps （Android应用程序的模板）

|-- build （编译脚本模板）

|-- cmds

|-- data

|-- docs

|-- emulator （仿真相关）

|-- host （包含windows平台的一些工具）

|-- ide

|-- pdk

|-- samples （一些示例程序）

|-- simulator （大多是目标机器的一些工具）

`-- tools

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：

external/

|-- aes

|-- apache-http

|-- bluez

|-- clearsilver

|-- dbus

|-- dhcpcd

|-- dropbear

|-- elfcopy

|-- elfutils

|-- emma

|-- esd

|-- expat

|-- fdlibm

|-- freetype

|-- gdata

|-- giflib

|-- googleclient

|-- icu4c

|-- iptables

|-- jdiff

|-- jhead

|-- jpeg

|-- libffi

|-- libpcap

|-- libpng

|-- libxml2

|-- netcat

|-- netperf

|-- neven

|-- opencore

|-- openssl

|-- oprofile

|-- ping

|-- ppp

|-- protobuf

|-- qemu

|-- safe-iop

|-- skia

|-- sonivox

|-- sqlite

|-- srec

|-- strace

|-- tagsoup

|-- tcpdump

|-- tinyxml

|-- tremor

|-- webkit

|-- wpa_supplicant

|-- yaffs2

`-- zlib

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/

|-- apps

| |-- AlarmClock

| |-- Browser

| |-- Calculator

| |-- Calendar

| |-- Camera

| |-- Contacts

| |-- Email

| |-- GoogleSearch

| |-- HTMLViewer

| |-- IM

| |-- Launcher

| |-- Mms

| |-- Music

| |-- PackageInstaller

| |-- Phone

| |-- Settings

| |-- SoundRecorder

| |-- Stk

| |-- Sync

| |-- Updater

| `-- VoiceDialer

`-- providers

|-- CalendarProvider

|-- ContactsProvider

|-- DownloadProvider

|-- DrmProvider

|-- GoogleContactsProvider

|-- GoogleSubscribedFeedsProvider

|-- ImProvider

|-- MediaProvider

`-- TelephonyProvider

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J***A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：

prebuilt/

|-- Android.mk

|-- android-arm

|-- common

|-- darwin-x86

|-- linux-x86

`-- windows

system目录展开的两个级别的目录如下所示：

system/

|-- bluetooth

| |-- bluedroid

| `-- brfpatch

|-- core

| |-- Android.mk

| |-- README

| |-- adb

| |-- cpio

| |-- debuggerd

| |-- fastboot

| |-- include （各个库接口的头文件）

| |-- init

| |-- libctest

| |-- libcutils

| |-- liblog

| |-- libmincrypt

| |-- libnetutils

| |-- libpixelflinger

| |-- libzipfile

| |-- logcat

| |-- logwrapper

| |-- mkbootimg

| |-- mountd

| |-- netcfg

| |-- rootdir

| |-- sh

| `-- toolbox

|-- extras

| |-- Android.mk

| |-- latencytop

| |-- libpagemap

| |-- librank

| |-- procmem

| |-- procrank

| |-- showmap

| |-- showslab

| |-- sound

| |-- su

| |-- tests

| `-- timeinfo

`-- wlan

`-- ti