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：
.
|-- 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 （JAVA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 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：
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：
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