《深入了解Android 5 源代碼》——第1章，第1.2節剖析Android系統架構

本節書摘來自異步社群《深入了解android 5 源代碼》一書中的第1章，第1.2節剖析android系統架構，作者 李駿，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視

1.2 剖析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（middleware）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1-1所示。

在本節的内容中，将詳細介紹android作業系統的元件結構方面的知識。

1.2.1 底層作業系統層（os）

因為android源于linux，使用了linux核心，是以，android使用linux 2.6作為作業系統的基礎。android對作業系統的使用包括核心和驅動程式兩部分，android核心對應于linux核心，android更多的是需要一些與移動裝置相關的驅動程式。主要的驅動如下所示。

顯示驅動（display driver）：是常用的基于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v（video for linux）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）：用于管理電池電量等資訊。

1.2.2 各種庫（libraries）和android運作環境（runtime）

本層次對應一般嵌入式系統，相當于中間件層次。android的本層次分成兩個部分，一個是各種庫，另一個是android運作環境。本層的内容大多是使用c實作的，其中包含了如下所示的各種庫。

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，從功能上看本庫一共分為兩大部分，一部分是音頻、視訊的回放（playback），另一部分是音、視訊的記錄（recorder）。

sgl：2d圖像引擎。

ssl：即secure socket layer，位于tcp/ip協定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的支援。

界面管理工具（surface management）：提供了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。

在一般情況下，android的各種庫是以系統中間件的形式提供的，它們的顯著特點是與移動裝置平台的應用密切相關。另外，android的運作環境主要是指dalvik（虛拟機）技術。dalvik和一般的java虛拟機（java vm）是有差別的。

java虛拟機：執行的是java标準的位元組碼（bytecode）。

art+dalvik：執行的是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是以基于棧的虛拟機（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 5.0版本開始，android的預設運作環境為art。art的機制與dalvik不同。在dalvik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。這個過程叫做預編譯（aot，ahead-of-time）。這樣改進後，應用的啟動（首次）和執行都會變得更加快速。

1.2.3 pplication framework（應用程式架構）

在整個android系統中，和應用開發最相關的是application framework，在這一層，android為應用程式層的開發者提供了各種功能強大的apis，這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。在本層提供了程式中所需要的各種控件，例如，視圖元件（views）、清單（list）、栅格（grid）、文本框（text box）、按鈕（button），甚至還有一個嵌入式的web浏覽器。

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。

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。

1.2.4 頂層應用程式（application）

android的應用程式主要是使用者界面（user interface）方面的，本層通常使用java語言編寫，其中還包含各種被放置在“res”目錄中的資源檔案構成。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）、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。