Android系统架构

Posted 2023-02-15 Mario_oo

android系统架构

@(读书笔记)[android系统架构|应用层|应用框架层|系统运行库层|内核层]

Android 手机操作系统是一个基于Linux Kernel的分层智能手机操作系统。共分为4层，从上到下分别是Java Application(应用层)、Java Frameworks(应用框架层)、User Libraries(系统运行库层) 和Linux Kernel(内核层)

下图为常见的Android分层结构示意图：

1.应用层

Android这些年之所以发展迅速，一个很重要的原因就是它的应用特别多，吸引着用户和开发者们。
应用层包括了Android各种的应用程序，这些应用程序使用Java语言开发运行在Daivik虚拟机上，在Android系统架构中的第一层。
应用分为系统级应用和第三方应用。系统级应用在Android源码和SDK中，是手机必备的应用如（MMS（信息）、Dialer（拨号）、日历、联系人、浏览器等等。）一般第三方厂商如小米、华为、锤子等都根据自己的需要，通过修改源码来定制一些富有特色的系统级应用。第三方应用就是我们常见的从各大应用商店里下载到手机中的应用。

2.应用框架层。

应用框架层是Google发布的核心应用所使用的API框架，开发着们可以使用这些框架中的API从而便捷地开发自己的应用程序。如访问设备硬件、获取位置信息、向状态栏添加通知消息、设置闹铃等等，而不用关心底层具体的实现机制和硬件的实现方式。这样，简化了Android应用开发的架构设计，从而使开发者能够快速开发新的应用程序。下面是Android中一些主要的组件的简单介绍及相关说明：
- View(视图)：在Android SDK中有着丰富的Views使用方法及相关属性，所有的Android应用程序都由这些Views构成，主要包括了列表(Lists)、文本框(TextView)、编辑框(EditView)、按钮(Button)、图片框(ImageView)等等。基础的Android应用界面控件。
- Resource Manager(资源管理器):提供了非代码资源转换和访问的形式，如本地字符串(XML文件的配置)、图片和布局文件(使用XML文件配置、Layout Files)。
- Notification Manager(通知管理器):使用通知，可以使应用在状态栏中显示自定义的提示信息，如：短信通知、未接来电通知、手机电量通知以及其他第三方软件的通知等等。
- Activity Manager(Activity 管理器)：用来管理Android应用程序的生命周期(onCreate()–>onResume()–>onPause()–>onStop()–>OnDestory())，Activity同手机界面的显示息息相关。

3.系统运行库层

系统运行库层主要包含了手机系统平台必须的C/C++核心库、Dalvik虚拟机运行环境和HAL(Hardware Abstraction Layer)子层。

a.C/C++核心库

系统运行库层包含一个C/C++库的集合，当使用应用框架的一些接口时，系统运行库层通过C/C++核心库来支持对应用组件的使用，使其能够更好地为Android应用开发者服务。
- libc(系统C库):这是C语言标准库，处于系统最底层的系统库，由Linux系统来调用。
- Media Frameworks(多媒体库):Android系统多媒体库，支持当前手机平台上主流的音频和视频格式的播放和录制，以及静态图像，如MPEF-4、MP3、AAC、JPG、PNG等多媒体格式。
- SGL:2D图形引擎库
- OpenGL:对3D效果提供支持。
- SQLite:轻量级关系数据库引擎，可用来增删改查通话记录、联系人、短信等信息内容。
- WebKit:新式的Web浏览器引擎。
- SSL:基于TCP/IP的网络协议，为数据安全通信提供支持。

b.Dalvik虚拟机运行环境

系统运行库层包含了Android Runtime，其核心为Dalvik虚拟机，每一个Android应用程序都运行在Dalvik虚拟机上，且每一个应用程序都由自己独立运行的进程空间：Dalvik虚拟机只执行DEX(Dalvik Executale) 可执行文件。
DEX格式是专为Dalvik设计的一种压缩格式，适用于内存和处理器速度优先的系统，要生成DEX格式文件，首先要通过Java程序编译生成class文件，然后通过Android提供的dx工具将class文件格式转换成DEX格式。
Dalvik虚拟机的特性总结如下：
- 每一个Android应用运行在一个Dalvik虚拟机实例中，而每一个虚拟机实例都是一个独立的进程空间。
- 虚拟机的线程机制、内存分配和管理、Mutex（进程同步）等的实现都依赖底层Linux操作系统。
- 所有Android应用线程都对应一个Linux线程，因而虚拟机可以更多地使用Linux操作系统的线程调度和管理机制。

c.HAL子层

HAL子层是Android系统里上层应用对底层硬件操作屏蔽的一个软件层次，隐藏了硬件的实现细节和参数。（之所以有这一子层，另一个原因也是各大硬件厂商由于商业因素，不希望把自己的核心代码开源出来，并且还因为GPL版权问题等，所以Google提出HAL子层概念。这样第三方厂商就可以将自己不开源的代码封装在HAL子层，仅仅提供二进制代码。）
具体的Android Hal架构可以参考这篇文章。：
Android Hal层简要分析

4.内核层。

Android内核层提供核心的系统服务，如文件管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型等操作系统的基本服务能力。内核层同时作为硬件和软件之间的抽象层，需要一些移动设备相关的驱动程序支持，主要的驱动如下所示：
- Display Driver(显示驱动)：基于Linux的帧缓冲驱动。
- Keyboard Driver(键盘驱动)：输入设备的Key键盘驱动。
- Audio Driver(音频驱动)：常用的基于ALSA(Advanced Linux Sound Architecture)的高级Linux声音体系驱动
- Power Management(电源管理)：例如：电池电量、充电、屏幕开启和关闭等管理。
- Binder IPC驱动：Android 平台上一个特殊的驱动程序，具有单独设备访问节点，用来提供IPC进程间通信功能。
- Bluetooth Driver(蓝牙驱动)
- Wi-Fi Driver(Wi-Fi驱动)
- Camera Drvier(照相机驱动)