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android 系统结构

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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系统结构

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

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