《Android Studio应用开发实战详解》——第1章，第1.3节Android系统架构

本节书摘来自异步社区《android studio应用开发实战详解》一书中的第1章，第1.3节android系统架构，作者 王翠萍，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.3　android系统架构

android系统是一个移动设备的开发平台，其软件层次结构包括操作系统（os）、中间件（middle ware）和应用程序（application）。根据android的软件框图，其软件层次结构自下而上依次分为以下4层。

（1）操作系统层（os）。

（2）各种库（libraries）和android运行环境（runtime）。

（3）应用程序框架（application framework）。

（4）应用程序（application）。

上述各个层的具体结构如图1-2所示。

图1-2　android操作系统的组件结构图

在本节的内容中，将详细讲解android系统各个层次的基本知识。

1.3.1　最底层的操作系统层（os）——c/c++实现

android系统的底层内核基于linux操作系统，当前最新版本的android的核心为标准linux 3.10内核。android底层的操作系统层（os）使用c和c++语言编写实现，其实android系统就是linux系统，只是android系统充分利用了已有的机制，尽量使用标准化的内容，如驱动程序，并且做出必要的扩展。android灵活充分使用了内核到用户空间的接口，这主要表现在字符设备节点、sys文件系统、proc文件系统和不增加系统调用。

在android系统中，包含的内核组件如下所示：

binder驱动程序（用户ipc机制）；

logger驱动程序（用户系统日志）；

timed_output驱动框架；

timed_gpio驱动程序；

lowmemorykill组件；

ram_console组件；

ashmem驱动程序；

alarm驱动程序；

pmem驱动程序；

adb garget驱动程序；

android paranoid网络。

1.3.2　android的硬件抽象层——c/c++实现

其实android生态系统的架构十分清晰，自下而上经典的模型分别为：linux驱动、android硬件抽象层、android本地框架、android的java框架、android的java应用程序。因为android系统需要运行于在不同的硬件平台上，所以需要具有很好的可移植性。其中android系统的硬件抽象层负责建立android系统和硬件设备之间的联系。

对于标准化比较高的子系统来说，android系统使用完全标准的linux驱动，例如输入设备（input-event）、电池信息（power supply）、无线局域网（wifi协议和驱动）和蓝牙（bluetooth协议和驱动）。

对于android系统的硬件抽象层来说，主要实现了与移动设备相关的驱动程序，主要包含了如下所示的驱动系统。

显示驱动（display driver）：常用基于linux的帧缓冲（frame buffer）驱动。

flash内存驱动（flash memory driver）：是基于mtd的flash驱动程序。

照相机驱动（camera driver）：常用基于linux的v4l（video for）驱动。

音频驱动（audio driver）：常用基于alsa（advanced linux sound architecture，高级linux声音体系）驱动。

wifi驱动（camera driver）：基于ieee 802.11标准的驱动程序。

键盘驱动（keyboard driver）：作为输入设备的键盘驱动。

蓝牙驱动（bluetooth driver）：基于ieee 802.15.1标准的无线传输技术。

binder ipc驱动：andoid一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通信的功能。

power management（能源管理）：管理电池电量等信息。

1.3.3　各种库（libraries）和android运行环境（runtime）——中间层

可以将android系统的中间层次分为两个部分，一个是各种库，另一个是android运行环境。android系统的中间层次的内容大多是使用c实现的，其中包含如下所示的各种库。

c库：c语言的标准库，也是系统中一个最为底层的库，c库是通过linux的系统调用来实现。

多媒体框架（mediaframeword）：这部分内容是android多媒体的核心部分，基于packetvideo（即pv）的opencore，从功能上本库一共分为两大部分，一部分是音频、视频的回放（playback），另一部分是则是音视频的记录（recorder）。

sgl：2d图像引擎。

ssl：即secure socket layer位于tcp/ip与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持。

opengl es：提供了对3d图像的支持。

界面管理工具（surface management）：提供了对管理显示子系统等功能。

sqlite：一个通用的嵌入式数据库。

webkit：网络浏览器的核心。

freetype：位图和矢量字体的功能。

在android系统中，各种库一般以系统中间件的形式提供，它们都有一个显著的特点：与移动设备的平台的应用密切相关。

在以前的版本中，android运行环境主要是指android虚拟机技术：dalvik。dalvik虚拟机与java虚拟机（java vm）不同，它执行的不是java标准的字节码（bytecode），而是dalvik可执行格式（.dex）中的执行文件。在执行的过程中，每一个应用程序即一个进程（linux的一个process）。二者最大的区别在于java vm是基于栈的虚拟机（stack-based），而dalvik是基于寄存器的虚拟机（register-based）。显然，后者最大的好处在于可以根据硬件实现更大的优化，这更适合移动设备的特点。

从android 4.4开始，默认的运行环境是art。art的机制与dalvik不同。在dalvik机制下，应用每次运行的时候，字节码都需要通过即时编译器转换为机器码，这会拖慢应用的运行效率。而在art环境中，应用在第一次安装的时候，字节码就会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用。这个过程叫作预编译（ahead-of-time，aot）。这样，应用的启动（首次）和执行都会变得更加 快速。

1.3.4　应用程序框架（application framework）

android的应用程序框架为应用程序层的开发者提供apis，它实际上是一个应用程序的框架。由于上层的应用程序是以java构建的，因此本层次提供的首先包含了ui程序中所需要的各种控件，例如：views（视图组件），其中又包括了list（列表）、grid（栅格）、text box（文本框）和button（按钮）等，甚至一个嵌入式的web浏览器。

作为一个基本的andoid应用程序，可以利用应用程序框架中的以下5个部分来构建。

activity（活动）。

broadcast intent receiver（广播意图接收者）。

service（服务）。

content provider（内容提供者）。

intent and intent filter（意图和意图过滤器）。

1.3.5　应用程序（application）——java实现

android的应用程序主要是用户界面（user interface）方面的，通过浏览android系统的开源代码可知，应用层是通过java语言编码实现的，其中还包含了各种资源文件（放置在res目录中）。java程序和相关资源在经过编译后，会生成一个apk包。android本身提供了主屏幕（home）、联系人（contact）、电话（phone）和浏览器（browers）等众多的核心应用。同时应用程序的开发者还可以使用应用程序框架层的api实现自己的程序。这也是android开源的巨大潜力的体现。