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 固然的。对于搞嵌入式linux开发的人来讲咱们能够从中学习其长处，也算得上是将来的一个发展方向和趋势吧。

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

android的系统架构和其操做系统同样，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。蓝色的表明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块儿发布，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。全部的应用程序都是使用JAVA语言编写的。

2.应用程序框架

开发人员也能够彻底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；任何一个应用程序均可以发布它的功能块而且任何其 它的应用程序均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）。一样，该应用程序重用机制也使用户能够方便的替换程序组件。

隐藏在每一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），能够用来构建应用程序， 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）使得应用程序能够访问另外一个应用程序的数据（如联系人数据库）， 或者共享它们本身的数据
    * 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） 使得应用程序能够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经常使用的导航回退功能。

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系统中不一样的组件使用。它们经过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。如下是一些核心库：

    * 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；该库支持多种经常使用的音频、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，而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；该库可使用硬件 3D加速（若是可用）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 - 一个对于全部应用程序可用，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并不是将全部的设备驱动都放在linux内核里面，而是实如今userspace空间，这么作的主要缘由是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。而如今这么作就能够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，就可让原本userspace驱动不能够直接控制的硬件能够被访问。而只须要公布这个 后门代码便可。通常状况下若是要将Android移植到其余硬件去运行，只须要实现这部分代码便可。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。

每个Android应用程序都在它本身的进程中运 行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟 机实例。Dalvik被设计成一个设备能够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作了 优化。同时虚拟机是基于寄存器的，全部的类都经由JAVA编译器编译，而后经过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，好比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 内核也同时做为硬件和软件栈之间的抽象层。其外还对其作了部分修改，主要涉及两部分修改：

1).Binder (IPC)：提供有效的进程间通讯，虽然linux内核自己已经提供了这些功能，但Android系统不少服务都须要用到该功能，为了某种缘由其实现了本身的一套。

2).电源管理：主要是为了省电，毕竟是手持设备嘛，低耗电才是咱们的追求。

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

1)java语言：即其语法，其写代码的程式

2).java虚拟机：为了实现一次编译处处能够运行的原则，java在编译链接之后并无产生目标机器语言，而是采用了Java bytecode这种Java共用指令，这时就须要一个虚拟机来执行改指令。

3).库：跟咱们经常使用的C语言同样提供一些经常使用的库

后二者结合就是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，代码包通过解压缩后，第一级别的目录和文件以下所示：.|-- 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，而是编译和配置所须要的脚本和工具）|-- dalvik          （JAVA虚拟机）|-- development     （程序开发所须要的模板和工具）|-- 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的各类应用程序）|-- prebuilt        （Android在各类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以下所示：bionic/|-- Android.mk|-- libc|-- libdl|-- libm|-- libstdc++|-- libthread_db`-- linkerbootloader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    `-- usbloaderbuild目录展开的一个级别的目录以下所示：build/|-- buildspec.mk.default|-- cleanspec.mk|-- core                       （各类以mk为结尾的文件，它门是编译所须要的Makefile）|-- envsetup.sh|-- libs|-- target                     （包含board和product两个目录，为目标所须要文件）`-- tools                      （编译过程当中主机所须要的工具，一些须要通过编译生成）其中，core中的Makefile是整个Android编译所须要的真正的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以下所示：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                  （大可能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中包含了不少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，能够做为模板使用。external目录展开的一个级别的目录以下所示：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，每一个目录表示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，用于为数据通信提供安全支持。frameworks目录展开的一个级别的目录以下所示：frameworks/|-- base|-- opt`-- policiesframeworks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以下所示：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    `-- TelephonyProviderpackages中包含两个目录，其中apps中是Android中的各类应用程序，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相似的。prebuilt目录展开的一个级别的目录以下所示：prebuilt/|-- Android.mk|-- android-arm|-- common|-- darwin-x86|-- linux-x86`-- windowssystem目录展开的两个级别的目录以下所示：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