《Android Studio應用開發實戰詳解》——第1章，第1.3節Android系統架構

本節書摘來自異步社群《android studio應用開發實戰詳解》一書中的第1章，第1.3節android系統架構，作者 王翠萍，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視

1.3　android系統架構

android系統是一個移動裝置的開發平台，其軟體層次結構包括作業系統（os）、中間件（middle ware）和應用程式（application）。根據android的軟體框圖，其軟體層次結構自下而上依次分為以下4層。

（1）作業系統層（os）。

（2）各種庫（libraries）和android運作環境（runtime）。

（3）應用程式架構（application framework）。

（4）應用程式（application）。

上述各個層的具體結構如圖1-2所示。

圖1-2　android作業系統的元件結構圖

在本節的内容中，将詳細講解android系統各個層次的基本知識。

1.3.1　最底層的作業系統層（os）——c/c++實作

android系統的底層核心基于linux作業系統，目前最新版本的android的核心為标準linux 3.10核心。android底層的作業系統層（os）使用c和c++語言編寫實作，其實android系統就是linux系統，隻是android系統充分利用了已有的機制，盡量使用标準化的内容，如驅動程式，并且做出必要的擴充。android靈活充分使用了核心到使用者空間的接口，這主要表現在字元裝置節點、sys檔案系統、proc檔案系統和不增加系統調用。

在android系統中，包含的核心元件如下所示：

binder驅動程式（使用者ipc機制）；

logger驅動程式（使用者系統日志）；

timed_output驅動架構；

timed_gpio驅動程式；

lowmemorykill元件；

ram_console元件；

ashmem驅動程式；

alarm驅動程式；

pmem驅動程式；

adb garget驅動程式；

android paranoid網絡。

1.3.2　android的硬體抽象層——c/c++實作

其實android生态系統的架構十厘清晰，自下而上經典的模型分别為：linux驅動、android硬體抽象層、android本地架構、android的java架構、android的java應用程式。因為android系統需要運作于在不同的硬體平台上，是以需要具有很好的可移植性。其中android系統的硬體抽象層負責建立android系統和硬體裝置之間的聯系。

對于标準化比較高的子系統來說，android系統使用完全标準的linux驅動，例如輸入裝置（input-event）、電池資訊（power supply）、無線區域網路（wifi協定和驅動）和藍牙（bluetooth協定和驅動）。

對于android系統的硬體抽象層來說，主要實作了與移動裝置相關的驅動程式，主要包含了如下所示的驅動系統。

顯示驅動（display driver）：常用基于linux的幀緩沖（frame buffer）驅動。

flash記憶體驅動（flash memory driver）：是基于mtd的flash驅動程式。

照相機驅動（camera driver）：常用基于linux的v4l（video for）驅動。

音頻驅動（audio driver）：常用基于alsa（advanced linux sound architecture，進階linux聲音體系）驅動。

wifi驅動（camera driver）：基于ieee 802.11标準的驅動程式。

鍵盤驅動（keyboard driver）：作為輸入裝置的鍵盤驅動。

藍牙驅動（bluetooth driver）：基于ieee 802.15.1标準的無線傳輸技術。

binder ipc驅動：andoid一個特殊的驅動程式，具有單獨的裝置節點，提供程序間通信的功能。

power management（能源管理）：管理電池電量等資訊。

1.3.3　各種庫（libraries）和android運作環境（runtime）——中間層

可以将android系統的中間層次分為兩個部分，一個是各種庫，另一個是android運作環境。android系統的中間層次的内容大多是使用c實作的，其中包含如下所示的各種庫。

c庫：c語言的标準庫，也是系統中一個最為底層的庫，c庫是通過linux的系統調用來實作。

多媒體架構（mediaframeword）：這部分内容是android多媒體的核心部分，基于packetvideo（即pv）的opencore，從功能上本庫一共分為兩大部分，一部分是音頻、視訊的回放（playback），另一部分是則是音視訊的記錄（recorder）。

sgl：2d圖像引擎。

ssl：即secure socket layer位于tcp/ip與各種應用層協定之間，為資料通信提供安全支援。

opengl es：提供了對3d圖像的支援。

界面管理工具（surface management）：提供了對管理顯示子系統等功能。

sqlite：一個通用的嵌入式資料庫。

webkit：網絡浏覽器的核心。

freetype：位圖和矢量字型的功能。

在android系統中，各種庫一般以系統中間件的形式提供，它們都有一個顯著的特點：與移動裝置的平台的應用密切相關。

在以前的版本中，android運作環境主要是指android虛拟機技術：dalvik。dalvik虛拟機與java虛拟機（java vm）不同，它執行的不是java标準的位元組碼（bytecode），而是dalvik可執行格式（.dex）中的執行檔案。在執行的過程中，每一個應用程式即一個程序（linux的一個process）。二者最大的差別在于java vm是基于棧的虛拟機（stack-based），而dalvik是基于寄存器的虛拟機（register-based）。顯然，後者最大的好處在于可以根據硬體實作更大的優化，這更适合移動裝置的特點。

從android 4.4開始，預設的運作環境是art。art的機制與dalvik不同。在dalvik機制下，應用每次運作的時候，位元組碼都需要通過即時編譯器轉換為機器碼，這會拖慢應用的運作效率。而在art環境中，應用在第一次安裝的時候，位元組碼就會預先編譯成機器碼，使其成為真正的本地應用。這個過程叫作預編譯（ahead-of-time，aot）。這樣，應用的啟動（首次）和執行都會變得更加 快速。

1.3.4　應用程式架構（application framework）

android的應用程式架構為應用程式層的開發者提供apis，它實際上是一個應用程式的架構。由于上層的應用程式是以java建構的，是以本層次提供的首先包含了ui程式中所需要的各種控件，例如：views（視圖元件），其中又包括了list（清單）、grid（栅格）、text box（文本框）和button（按鈕）等，甚至一個嵌入式的web浏覽器。

作為一個基本的andoid應用程式，可以利用應用程式架構中的以下5個部分來建構。

activity（活動）。

broadcast intent receiver（廣播意圖接收者）。

service（服務）。

content provider（内容提供者）。

intent and intent filter（意圖和意圖過濾器）。

1.3.5　應用程式（application）——java實作

android的應用程式主要是使用者界面（user interface）方面的，通過浏覽android系統的開源代碼可知，應用層是通過java語言編碼實作的，其中還包含了各種資源檔案（放置在res目錄中）。java程式和相關資源在經過編譯後，會生成一個apk包。android本身提供了主螢幕（home）、聯系人（contact）、電話（phone）和浏覽器（browers）等衆多的核心應用。同時應用程式的開發者還可以使用應用程式架構層的api實作自己的程式。這也是android開源的巨大潛力的展現。