Android系統)

這文章很不錯，對Android系統結構有較詳細的介紹。

連結：http://blog.csdn.net/yuanyou/archive/2009/05/18/4194526.aspx

 

Android是google公司針對手機開發的一個平台，並公布了其中大部分代碼，其大部分應用程式都是用JAVA開發的，畢竟它是商業性的產品嘛，有所保留也是理所當然的。對於搞嵌入式linux開發的人來說我們可以從中學習其長處，也算得上是未來的一個發展方向和趨勢吧。

我們先來看看Android它的體繫結構吧。下面是一張公開的Android體繫結構圖。

 

android的系統架構和其作業系統一樣，採用了分層的架構。從架構圖看，android分為四個層，從高層到低層分別是應用程式層、應用程式架構層、系統運行庫層和linux核心層。藍色的代表java程式，黃色的代碼為運行JAVA程式而實現的虛擬機器，綠色部分為C/C++語言編寫的程式庫，紅色的代碼核心(linux核心+drvier)

 

1.應用程式

Android會同一系列核心應用程式套件組合一起發布，該應用程式套件組合包括email用戶端，SMS短訊息程式，日曆，地圖，瀏覽器，連絡人管理程式等。所有的應用程式都是使用JAVA語言編寫的。

 

2.應用程式架構

開發人員也可以完全訪問核心應用程式所使用的API架構。該應用程式的架構設計簡化了組件的重用；任何一個應用程式都發行就緒它的功能塊並且任何其它的應用程式都可以使用其所發布的功能塊（不過得遵循架構的安全性限制）。同樣，該應用程式重用機制也使使用者可以方便的替換程式組件。

隱藏在每個應用後面的是一系列的服務和系統, 其中包括；

    * 豐富而又可擴充的視圖（Views），可以用來構建應用程式， 它包括列表（lists），網格（grids），文字框（text boxes），按鈕（buttons）， 甚至可嵌入的web瀏覽器。
    * 內容提供器（Content Providers）使得應用程式可以訪問另一個應用程式的資料（如連絡人資料庫）， 或者共用它們自己的資料
    * 資源管理員（Resource Manager）提供 非代碼資源的訪問，如本地字串，圖形，和布局檔案（ layout files ）。
    * 通知管理器 （Notification Manager） 使得應用程式可以在狀態列中顯示自訂的提示資訊。
    * Active Manager（ Activity Manager） 用來管理應用程式生命週期並提供常用的導航回退功能。

有關更多的細節和怎樣從頭寫一個應用程式，請參考 如何編寫一個 Android 應用程式.

 

3.系統運行庫

1)程式庫

Android 包含一些C/C++庫，這些庫能被Android系統中不同的組件使用。它們通過 Android 應用程式架構為開發人員提供服務。以下是一些核心庫：

    * Bionic系統 C 庫 - 一個從 BSD 繼承來的標準 C 系統函數庫（ libc ）， 它是專門為基於 embedded linux 的裝置定製的。
    * 媒體庫 - 基於 PacketVideo OpenCORE；該庫支援多種常用的音頻、視頻格式回放和錄製，同時支援靜態影像檔。編碼格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。
    * Surface Manager - 對顯示子系統的管理，並且為多個應用程式提 供了2D和3D圖層的無縫融合。這部分代碼
    * Webkit,LibWebCore - 一個最新的web瀏覽器引擎用，支援Android瀏覽器和一個可嵌入的web視圖。鼎鼎大名的 Apple Safari背後的引擎就是Webkit
    * SGL - 底層的2D圖形引擎
    * 3D libraries - 基於OpenGL ES 1.0 APIs實現；該庫可以使用硬體 3D加速（如果可用）或者使用高度最佳化的3D軟加速。
    * FreeType -位元影像（bitmap）和向量（vector）字型顯示。
    * SQLite - 一個對於所有應用程式可用，功能強勁的輕型關係型資料庫引擎。

    *還有部分上面沒有顯示出來的就是硬體抽象層。其實Android並非講所有的裝置驅動都放在linux核心裡面，而是實現在userspace空間，這麼做的主要原因是GPL協議，Linux是遵循該協議來發布的，也就意味著對 linux核心的任何修改，都必鬚髮布其原始碼。而現在這麼做就可以避開而無需發布其原始碼，畢竟它是用來賺錢的。而在linux核心中為這些userspace驅動代碼開一個後門，就可以讓本來userspace驅動不可以直接控制的硬體可以被訪問。而只需要公布這個後門代碼即可。一般情況下如果要將Android移植到其他硬體去運行，只需要實現這部分代碼即可。包括：顯示器驅動，聲音，相機，GPS,GSM等等

 

2)Android 運行庫

Android 包括了一個核心庫，該核心庫提供了JAVA程式設計語言核心庫的大多數功能。

每一個Android應用程式都在它自己的進程中運行，都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機器執行個體。Dalvik被設計成一個裝置可以同時高效地運行多個虛擬系統。 Dalvik虛擬機器執行（.dex）的Dalvik可執行檔，該格式檔案針對小記憶體使用量做了最佳化。同時虛擬機器是基於寄存器的，所有的類都經由JAVA編譯器編譯，然後通過SDK中 的 "dx" 工具轉化成.dex格式由虛擬機器執行。

Dalvik虛擬機器依賴於linux核心的一些功能，比如線程機制和底層記憶體管理機制。

 

4.Linux 核心

Android 的核心系統服務依賴於 Linux 2.6 核心，如安全性，記憶體管理，進程管理， 網路通訊協定棧和驅動模型。 Linux 核心也同時作為硬體和軟體棧之間的抽象層。其外還對其做了部分修改，主要涉及兩部分修改：

1).Binder (IPC)：提供有效處理序間通訊，雖然linux核心本身已經提供了這些功能，但Android系統很多服務都需要用到該功能，為了某種原因其實現了自己的一套。

2).電源管理：主要是為了省電，畢竟是手持功能嘛，低耗電才是我們的追求。

 

 

 

最後在談談Android所採用的語言，其應用開發採用java語言，我們所說的java一般包含三個部分：

1)java語言：即其文法，其寫代碼的程式

2).java虛擬機器：為了實現一次編譯到處可以啟動並執行原則，java在編譯串連以後並沒有產生目標機器語言，而是採用了Java bytecode這種Java共用指令，這時就需要一個虛擬機器來執行改指令。

3).庫：跟我們常用的C語言一樣提供一些常用的庫

後兩者結合就是Java Runtime Environment。

 

Android使用的虛擬機器叫 Dalvik，最初並是不為Java設計的，它並不能運行Java bytecode指令，而是運行叫Dalvik executable，簡稱dx。為止Android提供了dx工具，用來將Java bytecode轉換為dx。

 

 

Android原始碼結構:

Google提供的Android包含了原始Android的目標機代碼，主機編譯工具、模擬環境，程式碼封裝經過解壓縮後，第一層級的目錄和檔案如下所示：
.
|-- Makefile        （全域的Makefile）
|-- bionic          （Bionic含義為仿生，這裡面是一些基礎的庫的原始碼）
|-- bootloader      （引導載入器）
|-- build           （build目錄中的內容不是目標所用的代碼，而是編譯和配置所需要的指令碼和工具）
|-- dalvik          （JAVA虛擬機器）
|-- development     （程式開發所需要的模板和工具）
|-- external        （目標機器使用的一些庫）
|-- frameworks      （應用程式的架構層）
|-- hardware        （與硬體相關的庫）
|-- kernel          （Linux2.6的原始碼）
|-- packages        （Android的各種應用程式）
|-- prebuilt        （Android在各種平台下編譯的預置指令碼）
|-- recovery        （與目標的恢複功能相關）
`-- system          （Android的底層的一些庫）

bionic目錄展開一個層級的目錄如下所示：
bionic/
|-- Android.mk
|-- libc
|-- libdl
|-- libm
|-- libstdc++
|-- libthread_db
`-- linker

bootloader目錄展開的兩個層級目錄：
bootloader/
`-- legacy
    |-- Android.mk
    |-- README
    |-- arch_armv6
    |-- arch_msm7k
    |-- fastboot_protocol.txt
    |-- include
    |-- libboot
    |-- libc
    |-- nandwrite
    `-- usbloader

build目錄展開的一個層級的目錄如下所示：
build/
|-- buildspec.mk.default
|-- cleanspec.mk
|-- core                       （各種以mk為結尾的檔案，它門是編譯所需要的Makefile）
|-- envsetup.sh
|-- libs
|-- target                     （包含board和product兩個目錄，為目標所需要檔案）
`-- tools                      （編譯過程中主機所需要的工具，一些需要經過編譯產生）

其中，core中的Makefile是整個Android編譯所需要的真正的Makefile，它被頂層目錄的Makefile引用。
envsetup.sh是一個在使用模擬器啟動並執行時候，用於設定環境的指令碼。
dalvik目錄用於提供Android JAVA應用程式啟動並執行基礎————JAVA虛擬機器。
development目錄展開的一個層級的目錄如下所示：
development
|-- apps                       （Android應用程式的模板）
|-- build                      （編譯指令碼模板）
|-- cmds
|-- data
|-- docs
|-- emulator                   （模擬相關）
|-- host                       （包含windows平台的一些工具）
|-- ide
|-- pdk
|-- samples                    （一些樣本程式）
|-- simulator                  （大多是目標機器的一些工具）
`-- tools

在emulator目錄中qemud是使用QEMU模擬時目標機器啟動並執行背景程式，skins是模擬時手機的介面。
samples中包含了很多Android簡單工程，這些工程為開發人員學習開發Android程式提供了很大便利，可以作為模板使用。
external目錄展開的一個層級的目錄如下所示：
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，每個目錄表示Android目標系統中的一個模組，可能有一個或者若干個庫構成。其中：
opencore為PV（PacketVideo），它是Android多媒體架構的核心。
webkit是Android網路瀏覽器的核心。
sqlite是Android資料庫系統的核心。
openssl是Secure Socket Layer，一個網路通訊協定層，用於為資料通訊提供安全支援。
frameworks目錄展開的一個層級的目錄如下所示：
frameworks/
|-- base
|-- opt
`-- policies

frameworks是Android應用程式的架構。
hardware是一些與硬體相關的庫
kernel是Linux2.6的原始碼

packages目錄展開的兩個層級的目錄如下所示：
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中包含兩個目錄，其中apps中是Android中的各種應用程式，providers是一些內容提供者（在Android中的一個資料來源）。
packages中兩個目錄的內容大都是使用JAVA編寫的程式，各個檔案夾的階層是類似的。
prebuilt目錄展開的一個層級的目錄如下所示：
prebuilt/
|-- Android.mk
|-- android-arm
|-- common
|-- darwin-x86
|-- linux-x86
`-- windows

system目錄展開的兩個層級的目錄如下所示：
system/
|-- bluetooth
|   |-- bluedroid
|   `-- brfpatch
|-- core
|   |-- Android.mk
|   |-- README
|   |-- adb
|   |-- cpio
|   |-- debuggerd
|   |-- fastboot
|   |-- include            （各個庫介面的標頭檔）
|   |-- 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