深入理解 Android 卷I - 第一章 閱讀前的準備工作

原文地址：http://wiki.jikexueyuan.com/project/deep-android-v1/

第一章  閱讀前的準備工作

本章主要內容

• 本章簡單介紹Android系統架構、編譯環境的搭建以及一些工具的使用。

1.1  系統架構

1.1.1  Android系統架構

Android是Google公司推出的一款手機開發平臺。該平臺本身是基於Linux內核的，圖1-1展示了這個系統的架構：

圖1-1  android系統架構

從上圖中可以看出，Android系統大體可分爲四層，從下往上依次是：

• Linux內核層，目前Android2.2（代號爲Froyo）基於Linux內核2.6版本。
• Libraries層，這一層提供動態庫（也叫共享庫）、Android運行時庫、Dalvik虛擬機等。從編程語言上來說，這一層大部分都是用C或C++寫的，所以也可以簡單地把它看成是Native層。
• Libraries層之上是Framework層，這一層大部分用Java語言編寫。它是Android平臺上Java世界的基石。
• Framework層之上就是Applications層了，和用戶直接交互的就是這些應用程序，它們都是用Java開發的。

從上面的介紹可看出，Android最大的特點之一，恐怕就是搭建了一個被廣大Java開發者熱捧的Java世界了。但該世界並不是空中樓閣，它的運轉依賴另一個被Google極力隱藏的Native世界。兩個世界的交互關係可用圖1-2來表示：

圖1-2  Java世界和Native世界交互

從上圖可知：

• Java雖具有和平臺無關的特性，但Java和具體平臺之間的隔離卻是由JNI層來做到的。Java是通過JNI層調用Linux OS中的系統調用來完成對應的功能的。例如創建一個文件、創建一個Socket等。
• 除了Java世界外，還有一個核心的Native世界，它爲整個系統高效和平穩的運行提供了強有力的支持。一般而言，Java世界經由JNI層通過IPC方式和Native世界交互。而Android平臺上最爲神祕的IPC方法就是Binder了。在第六章將詳細介紹Binder。除此之外，Socket也是常用的IPC方式。這些內容在後面的代碼分析中都會見到。

1.1.2  本書的架構

本書所分析的模塊也將遵循Android系統架構，如圖1-3所示：

圖1-3  本書的架構圖

從上圖可知，本書所分析的各個模塊除未涉及Kernel外，其他三層均有所涉足，它們分別是：

• Native層包括init、Audio系統（包括AudioTrack、AudioFlinger和AudioPolicyService）、Surface系統（包括Surface和SurfaceFlinger）、常用類（包括RefBase、sp、wp等）、Vold和Rild。
• Java Framework層包括Zygote、System_server以及Java中的常用類（包括Handler、Looper等）。
• Java Application層，包括MediaProvider和Phone。

 

1.2  搭建開發環境

本節，將介紹如何搭建Android源碼開發環境。

首先，需要一個linux系統，我本人推薦安裝Ubuntu10.04（32位版本）。讀者可從網上下載該版本的系統。Windows用戶可使用VMWare或VirtualBox作爲虛擬機，來安裝Ubuntu10.04。我本人推薦VMWare，因爲它的功能太強大了！

如果要使用VMWare，那麼在安裝完Ubuntu之後，一定要把VMWare Tools也安裝上，因爲這個工具會提供很多非常實用的功能。這裏還有一個小建議，如果Linux系統只是個人使用，則建議用root賬戶登錄系統。在工作中，曾發現很多用非root賬戶登錄的同事整天都在sudo，輸入密碼，這樣做就浪費了不少零碎的時間片。

假設讀者已經安裝好了Ubuntu 10.04（32位版本），並且以root賬戶登錄到系統上了，接下來的工作是：

1.2.1 下載源碼

Android源碼採用Git①做版本管理工具，這個工具由Linux之父LinusTorvalds採用純C開發。關於git爲什麼使用C語言開發的問題，還引發了一場關於C和C++孰好孰壞的大討論，不過Linus Torvalds顯然沒樹起“居廟堂之高，則憂其民”的形象。對於普通碼農而言，用最合適的工具、最實用的辦法來完成好工作纔是最重要的。所以C、C++、Java、Python等都僅僅是工具而已。

下面介紹如何下載源碼。

1. 設置軟件源

下載Android源碼前，有些下載工具需要從Ubuntu軟件源上下載。可以爲Ubuntu系統指定一個軟件源。有些軟件源上有這些工具，有些卻沒有，而且各個軟件源的下載速度也不同，所以應首先找到一個合適的軟件源。Ubuntu軟件源的設置界面如圖1-4所示：

 

圖1-4  Ubuntu軟件源設置

從上圖中可發現，將軟件源地址設置成了http://mirror.bjtu.edu.cn/ubuntu。每個人可根據自己的情況選擇合適的軟件源。

2. 下載Android源碼

下面開始下載Android源碼，工序比較簡單，可一氣呵成。

• apt-get install git-core curl   #先下載這兩個工具
• mkdir –p ~/android/froyo            #在登錄用戶的目錄下新建android和froyo兩個目錄
• cd ~/android/froyo               #進入這個目錄
• curl http://Android.git.kernel.org/repo > ./repo  #從源碼網站下載repo腳本，該腳本是Google爲了方便源碼下載而提供的。通過該腳本可下載整套源碼。
• chmod a+x repo     #設置該腳本爲可執行
•  ./repo init -u git://Android.git.kernel.org/platform/manifest.git –bfroyo       #初始化git庫
•  ./repo sync      #下載源碼，大小爲2個多GB，網速快估計得要2個多小時。

下載完後，該目錄中的內容如圖1-5所示：

 

圖1-5  源碼下載結果

注意，Kernel的代碼必須要單獨下載，下載方法如下：

git clone git://android.git.kernel.org/kernel/common.gitkernel

1.2.2  編譯源碼

1. 部署JDK

Froyo的編譯依賴JDK1.5，所以首先要做的就是下載JDK1.5。下載網址是http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index-jdk5-jsp-142662.html。下載得到的文件爲jdk-1_5_0_22-linux-i586.bin。把它放到一個目錄中，比如我本人，就將它放在了/develop中，然後在這個目錄中執行：

./jdk-1_5_0_22-linux-i586.bin  #執行這個文件

這個命令其實就是解壓，解壓後的結果在/develop/jdk1.5.0_22目錄中。現有了JDK，再按照下面的步驟部署它即可：

• 在~/.bashrc文件的末尾添加以下幾句話：

exportJAVA_HOME=/develop/jdk1.5.0_22 #設置爲剛纔解壓的目錄

exportJRE_HOME=JAVA_HOME/jre

exportCLASSPATH=$JAVA_HOME/lib:$JRE_HOME/lib:$CLASSPATH

exportPATH=$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME/bin:$PATH

• 重新登錄系統，這樣，JDK資源就能被正確找到了。

2. 編譯源碼

Android的編譯有自己的一套規則，主要利用的就是mk文件。網上有太多關於它的解說了，這裏不再贅述，只簡單介紹其編譯工序：

進入源碼目錄（以我的開發環境爲例），也就是 cd /develop/download_froyo

• 執行 . build/envsetup.sh，這個腳本用來設置Android的編譯環境。
• 執行choosecombo命令，這個命令用來選擇編譯目標（如目標硬件平臺、eng還是user等）。一般而言，手機廠商會設置自己特有的編譯選項。

執行完上面幾個步驟後，就可以編譯系統了。Android平臺提供了三個命令用於編譯，它們分別是make、mmm和mm，這三個命令的使用方法及其優劣如下：

• make：不帶任何參數，它用於編譯整個系統，時間較長，我本人不推薦這種做法，除非讀者想編譯整個系統。
• make MediaProvider ：下面幾個例子都以編譯MediaProvider爲例。這種方式對應於單個模塊編譯。它的優點是，會把該模塊依賴的其他模塊也一起編譯。例如 make libmedia，就會把libmedia依賴的庫全編譯好。其缺點也很明顯，它需要搜索整個源碼來定義MediaProvider模塊所使用的Android.mk文件，並且還要判斷該模塊所依賴的其他模塊是否有修改。整體編譯時間較長。
• mmm packages/providers/MediaProvider ：該命令將編譯指定目錄下的目標模塊，而不編譯它所依賴的模塊。所以如果讀者是初次編譯，採用這種方式編譯一個模塊往往會報錯。錯誤的原因是因爲它依賴的模塊沒有被編譯。
• mm ：這種方式需要先cdpackages/providers/MediaProvider目錄，然後mm。該命令會編譯當前目錄下的模塊。它和mmm一樣，只編譯目標模塊。mm和mmm命令編譯的速度都很快。

從使用的角度來看，我本人有如下建議：

• 如果只知道目標模塊名，則應使用make 模塊名的方式來編譯目標模塊。例如編譯libmedia，則直接使用make libmedia即可。另外，初次編譯時也要採用這種方法。
• 如果不知道目標模塊名，而知道目標模塊所處的目錄，則可使用mmm或mm命令來編譯。當然，初次編譯還必須使用make命令。而以後的編譯就可使用mmm或mm了，這樣會節約不少時間。

一般的編譯方式都使用增量編譯，即只編譯發生變化的目標文件。但有時則需重新編譯所有目標文件，那麼就可使用make命令的-B選項。例如 make –B 模塊名，或者mm –B、mmm –B 。mm和mmm內部，也是調用make命令的，而make的-B選項將強制編譯所有目標文件。

Android的編譯工序比較簡單，難點主要在Android.mk文件的編寫。讀者可上網搜索與此相關的學習資料。

3．本書各模塊的編譯目標

本書各模塊的編譯目標如表1-1所示，這裏僅列出幾個有代表性的模塊：

表1-1  本書各模塊編譯目標

目標模塊	make命令	mmm命令
init	make init	mmm system/core/init
zygote	make app_process	mmm frameworks/base/cmds/app_process
system_server	make services	mmm frameworks/base/services/java
RefBase等	make libutils	mmm frameworks/base/libs/utils
Looper等	make framework	mmm frameworks/base
AudioTrack	make libmedia	mmm frameworks/base/media/libmedia
AudioFlinger	make libaudioflinger	mmm frameworks/base/libs/audioflinger
AudioPolicyService	make libaudiopolicy	mmm hardware/msm7k/libaudio-qsd8k (示例)
SurfaceFlinger	make libsurfaceflinger	mmm frameworks/base/libs/surfaceflinger
Vold	make vold	mmm system/vold/
Rild	make rild	mmm hardware/ril/rild/
MediaProvider	make MediaProvider	mmm packages/providers/MediaProvider
Phone	make Phone	mmm packages/apps/Phone/

假設make framework，那麼編譯完的結果則如圖1-6所示：

圖1-6  make framework的結果

從上圖可看出，make命令編譯了framework-res.apk以及framework.jar兩個模塊。它們編譯的結果在out/target/product/generic/system/framework下。讀者利用adb 命令把這兩個文件push到手機的system/framework目錄，即可替換舊的文件。如想測試這個新模塊，則需要先殺掉所有使用該模塊的進程，進程重啓後會重新加載模塊，這時就能使用新的文件了。例如，想測試剛修改的libaudioflinger模塊，adb push上去後，先殺掉mediaserver進程，因爲libaudioflinger庫目前只有該進程使用。當mediaserver重啓後，就會加載新push上來的libaudioflinger庫了。

系統服務被殺掉後一般都會自動重啓（由init控制，在第三章中可見到）。

1.3  工具介紹

本節介紹Android開發和源碼研究過程中兩件比較實用的工具。

1.3.1  Source Insight介紹

Source Insight是閱讀源碼的必備工具，是一個Windows下的軟件，在Linux平臺上可通過wine安裝。這裏，就不講述如何安裝Source Insight了，相信讀者都會。下面介紹一下在Source Insight使用上的小技巧。

1. Source Insight工作減負

使用Source Insight時，需要新建一個源碼工程，通過菜單項Project→New Project，可指定源碼的目錄。在工作中發現，很多同事常一股腦把Android所有源代碼都加到工程中，從而導致了Source Insight運行速度非常慢。實際上，只需要將當前分析的源碼目錄加到工程即可。例如，新建一個Source Insight工程後，只把源碼/framework/base目錄加進去了。另外，當一個目錄下的源碼分析完後，可以通過Project→Add and Remove Project Files選項把無須再分析的目錄從工程中去掉。如圖1-7所示：

圖1-7  添加或刪除工程中的目錄

從圖中的框線我們可以發現：

• Source Insight支持動態添加或刪除目錄。通過這種方式可極大減少Source Insight的工作負擔。

一般首先把framework/base下的目錄加到工程，以後如有需要，再把其他目錄加進來。

2. 調節字體

Source Insight默認的字體比較小，看着很費眼。怎麼辦？

選擇工具欄上Options→Document options菜單，彈出Document Options對話框，其中左上部分有個Screen Fonts，然後會彈出一個字體對話框，在那裏可選擇大字體，例如四號，五號字體等。如圖1-8所示：

 

圖1-8  字體調節

3. 快速定位文件

工程建立好後，須通過Project→Rebuild Project選項來解析源碼。另外，在研究源碼時常常會只記得源碼文件名，而不記得是在哪個目錄下。沒關係，Source Insight支持在源碼中快速定位文件。使用方法如圖1-9所示：

 

圖1-9  快速定位文件

使用方法是：

• 先選擇圖1-9中左下角的那個按鈕。
• 然後在左上角那個輸入框中輸入源碼文件名，例如app_process。然後結果欄中就會把對應文件列出。

                   

1.3.3   Busybox的使用

Busybox，號稱Linux平臺上的“瑞士軍刀”，它提供了很多常用的工具，例如grep、find等。這些工具在標準Linux上都有，但Android系統卻去掉了其中的大多數工具。這導致了我們在調試程序、研究Android系統時步履維艱，所以就需要在手機上安裝Busybox。

1. 下載Busybox

我們可從下面這個網站中下載已編譯好的Busybox，如圖1-10所示：

http://www.busybox.net/downloads/binaries/1.18.4/

圖1-10  Busybox下載

注意該網站已經根據不同平臺編譯好了對應的Busybox，我們可根據自己手機的情況下載對應的文件。例如HTC G7的CPU支持armv7l，所以我下載了最接近的busybox-armv6l。

小知識：arm v7表示的是ARM指令集爲v7，目前ARM Cortex-A8/A9系列的CPU支持該指令集。

2. 安裝和使用Busybox

下載完busybox後，需將它push到手機上。如：

adb push busybox /system/xbin #爲了避免衝突，我push到了/system/xbin目錄下了。

cd /system/xbin     #進入對應目錄

chmod 755 busybox  #更改busybox權限爲可執行

busybox –-install  #安裝busybox

grep  #執行busybox提供的grep命令，或者busybox xxx執行xxx命令也行

Busybox安裝完了，如執行busybox命令，就會打印如圖1-11的輸出。

圖1-11  busybox提供的工具

從上圖中可看出，busybox提供了不少的工具，這樣，我們在研究Android系統時就如虎添翼了。

給手機安裝busybox須有root權限，爲學好Android，大家最好還是購買那種能被破解的手機吧。

1.4  本章小結

本章對Android系統、源碼搭建、研究工具等做了部分介紹，相信讀者現在已是迫不及待，躍躍欲試了吧？馬上開始我們的源碼征程！

---

① 如果你對Git不熟或者是對此很感興趣，建議閱讀《Git權威指南》（機械工業出版社，2011.7月出版，蔣鑫 著），這是目前最全面、最深入的一本Git著作。