Android系統

Android是google公司針對手機開發的一個平臺，並公佈了其中大部分代碼，其大部分應用程序都是用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它的體系結構吧。下面是一張公開的Android體系結構圖。

 

android的系統架構和其操作系統一樣，採用了分層的架構。從架構圖看，android分爲四個層，從高層到低層分別是應用程序層、應用程序框架層、系統運行庫層和linux核心層。藍色的代表java程序，黃色的代碼爲運行JAVA程序而實現的虛擬機，綠色部分爲C/C++語言編寫的程序庫，紅色的代碼內核(linux內核+drvier)

 

1.應用程序

Android會同一系列核心應用程序包一起發佈，該應用程序包包括email客戶端，SMS短消息程序，日曆，地圖，瀏覽器，聯繫人管理程序等。所有的應用程序都是使用JAVA語言編寫的。

 

2.應用程序框架

開發人員也可以完全訪問核心應用程序所使用的API框架。該應用程序的架構設計簡化了組件的重用；任何一個應用程序都可以發佈它的功能塊並且任何其 它的應用程序都可以使用其所發佈的功能塊（不過得遵循框架的安全性限制）。同樣，該應用程序重用機制也使用戶可以方便的替換程序組件。

隱藏在每個應用後面的是一系列的服務和系統, 其中包括；

    * 豐富而又可擴展的視圖（Views），可以用來構建應用程序， 它包括列表（lists），網格（grids），文本框（text boxes），按鈕（buttons）， 甚至可嵌入的web瀏覽器。
    * 內容提供器（Content Providers）使得應用程序可以訪問另一個應用程序的數據（如聯繫人數據庫）， 或者共享它們自己的數據
    * 資源管理器（Resource Manager）提供 非代碼資源的訪問，如本地字符串，圖形，和佈局文件（ layout files ）。
    * 通知管理器 （Notification Manager） 使得應用程序可以在狀態欄中顯示自定義的提示信息。
    * 活動管理器（ Activity Manager） 用來管理應用程序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序，請參考 如何編寫一個 Android 應用程序.

 

3.系統運行庫

1)程序庫

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 應用程序框架爲開發者提供服務。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 ）， 它是專門爲基於 embedded linux 的設備定製的。
    * 媒體庫 - 基於 PacketVideo OpenCORE；該庫支持多種常用的音頻、視頻格式回放和錄製，同時支持靜態圖像文件。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，並且爲多個應用程序提 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，支持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；該庫可以使用硬件 3D加速（如果可用）或者使用高度優化的3D軟加速。
    * FreeType -位圖（bitmap）和矢量（vector）字體顯示。
    * SQLite - 一個對於所有應用程序可用，功能強勁的輕型關係型數據庫引擎。

    *還有部分上面沒有顯示出來的就是硬件抽象層。其實Android並非講所有的設備驅動都放在linux內核裏面，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，也就意味着對 linux內核的任何修改，都必須發佈其源代碼。而現在這麼做就可以避開而無需發佈其源代碼，畢竟它是用來賺錢的。而在linux內核中爲這些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件可以被訪問。而只需要公佈這個後門代碼即可。一般情況下如果要將Android移植到其他硬件去運行，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編程語言核心庫的大多數功能。

每一個Android應用程序都在它自己的進程中運行，都擁有一個獨立的Dalvik虛擬 機實例。Dalvik被設計成一個設備可以同時高效地運行多個虛擬系統。 Dalvik虛擬機執行（.dex）的Dalvik可執行文件，該格式文件針對小內存使用做了 優化。同時虛擬機是基於寄存器的，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格式由虛擬機執行。

Dalvik虛擬機依賴於linux內核的一些功能，比如線程機制和底層內存管理機制。

 

4.Linux 內核

Android 的核心繫統服務依賴於 Linux 2.6 內核，如安全性，內存管理，進程管理， 網絡協議棧和驅動模型。 Linux 內核也同時作爲硬件和軟件棧之間的抽象層。其外還對其做了部分修改，主要涉及兩部分修改：

1).Binder (IPC)：提供有效的進程間通信，雖然linux內核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，爲了某種原因其實現了自己的一套。

2).電源管理：主要是爲了省電，畢竟是手持設備嘛，低耗電纔是我們的追求。

 

 

 

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：即其語法，其寫代碼的程式

2).java虛擬機：爲了實現一次編譯到處可以運行的原則，java在編譯連接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使用的虛擬機叫 Dalvik，最初並是不爲Java設計的，它並不能運行Java bytecode指令，而是運行叫Dalvik executable，簡稱dx。爲止Android提供了dx工具，用來將Java bytecode轉換爲dx。

 

 

Android源代碼結構:

Google提供的Android包含了原始Android的目標機代碼，主機編譯工具、仿真環境，代碼包經過解壓縮後，第一級別的目錄和文件如下所示：
.
|-- Makefile        （全局的Makefile）
|-- bionic          （Bionic含義爲仿生，這裏面是一些基礎的庫的源代碼）
|-- bootloader      （引導加載器）
|-- 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腳本和工具）
|-- dalvik          （JAVA虛擬機）
|-- development     （程序開發所需要的模板和工具）
|-- external        （目標機器使用的一些庫）
|-- frameworks      （應用程序的框架層）
|-- hardware        （與硬件相關的庫）
|-- kernel          （Linux2.6的源代碼）
|-- packages        （Android的各種應用程序）
|-- prebuilt        （Android在各種平臺下編譯的預置腳本）
|-- recovery        （與目標的恢復功能相關）
`-- system          （Android的底層的一些庫）




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



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



build目錄展開的一個級別的目錄如下所示：
build/
|-- buildspec.mk.default
|-- cleanspec.mk
|-- core                       （各種以mk爲結尾的文件，它門是編譯所需要的Makefile）
|-- envsetup.sh
|-- libs
|-- target                     （包含board和product兩個目錄，爲目標所需要文件）
`-- tools                      （編譯過程中主機所需要的工具，一些需要經過編譯生成）



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是一個在使用仿真器運行的時候，用於設置環境的腳本。
dalvik目錄用於提供Android JAVA應用程序運行的基礎————JAVA虛擬機。
development目錄展開的一個級別的目錄如下所示：
development
|-- apps                       （Android應用程序的模板）
|-- build                      （編譯腳本模板）
|-- cmds
|-- data
|-- docs
|-- emulator                   （仿真相關）
|-- host                       （包含windows平臺的一些工具）
|-- ide
|-- pdk
|-- samples                    （一些示例程序）
|-- simulator                  （大多是目標機器的一些工具）
`-- tools



在emulator目錄中qemud是使用QEMU仿真時目標機器運行的後臺程序，skins是仿真時手機的界面。
samples中包含了很多Android簡單工程，這些工程爲開發者學習開發Android程序提供了很大便利，可以作爲模板使用。
external目錄展開的一個級別的目錄如下所示：
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塊，可能有一個或者若干個庫構成。其中：
opencore爲PV（PacketVideo），它是Android多媒體框架的核心。
webkit是Android網絡瀏覽器的核心。
sqlite是Android數據庫系統的核心。
openssl是Secure Socket Layer，一個網絡協議層，用於爲數據通訊提供安全支持。
frameworks目錄展開的一個級別的目錄如下所示：
frameworks/
|-- base
|-- opt
`-- policies



frameworks是Android應用程序的框架。
hardware是一些與硬件相關的庫
kernel是Linux2.6的源代碼

packages目錄展開的兩個級別的目錄如下所示：
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中的各種應用程序，providers是一些內容提供者（在Android中的一個數據源）。
packages中兩個目錄的內容大都是使用JAVA編寫的程序，各個文件夾的層次結構是類似的。
prebuilt目錄展開的一個級別的目錄如下所示：
prebuilt/
|-- Android.mk
|-- android-arm
|-- common
|-- darwin-x86
|-- linux-x86
`-- windows



system目錄展開的兩個級別的目錄如下所示：
system/
|-- bluetooth
|   |-- bluedroid
|   `-- brfpatch
|-- core
|   |-- Android.mk
|   |-- README
|   |-- adb
|   |-- cpio
|   |-- debuggerd
|   |-- fastboot
|   |-- include            （各個庫接口的頭文件）
|   |-- 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