android系统体系结构
2015-03-04 10:52
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Android 是google公司针对手机开发的一个平台,并公布了其中大部分代码,其大部分应用程序都是用JAVA开发的,毕竟它是商业性的产品嘛,有所保留也是理所 当然的。对于搞嵌入式linux开发的人来说我们可以从中学习其长处,也算得上是未来的一个发展方向和趋势吧。
我们先来看看Android它的体系结构吧。下面是一张公开的Android体系结构图。
android的系统架构和其操作系统一样,采用了分层的架构。从架构图看,android分为四个层,从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和linux核心层。蓝色的代表java程序,黄色的代码为运行JAVA程序而实现的虚拟机,绿色部分为C/C++语言编写的程序库,红色的代码内核(linux内核+drvier)
1.应用程序
Android会同一系列核心应用程序包一起发布,该应用程序包包括email客户端,SMS短消息程序,日历,地图,浏览器,联系人管理程序等。所有的应用程序都是使用JAVA语言编写的。
2.应用程序框架
开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的API 框架。该应用程序的架构设计简化了组件的重用;任何一个应用程序都可以发布它的功能块并且任何其 它的应用程序都可以使用其所发布的功能块(不过得遵循框架的安全性限制)。同样,该应用程序重用机制也使用户可以方便的替换程序组件。
隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统, 其中包括;
丰富而又可扩展的视图(Views),可以用来构建应用程序, 它包括列表(lists),网格(grids),文本框(text boxes),按钮(buttons), 甚至可嵌入的web浏览器。
内容提供器(Content Providers)使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据(如联系人数据库), 或者共享它们自己的数据
资源管理器(Resource Manager)提供 非代码资源的访问,如本地字符串,图形,和布局文件( layout files )。
通知管理器 (Notification Manager) 使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息。
活动管理器( Activity Manager) 用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能。
有关更多的细节和怎样从头写一个应用程序,请参考 如何编写一个 Android 应用程序.
3.系统运行库
1)程序库
Android 包含一些C/C++库,这些库能被Android系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。以下是一些核心库:
Bionic系统 C 库 - 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库( libc ), 它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。
媒体库 - 基于 PacketVideo OpenCORE;该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制,同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。
Surface Manager - 对显示子系统的管理,并且为多个应用程序提 供了2D和3D图层的无缝融合。这部分代码
Webkit,LibWebCore - 一个最新的web浏览器引擎用,支持Android浏览器和一个可嵌入的web视图。鼎鼎大名的 Apple Safari背后的引擎就是Webkit
SGL - 底层的2D图形引擎
3D libraries - 基于OpenGL ES 1.0 APIs实现;该库可以使用硬件 3D加速(如果可用)或者使用高度优化的3D软加速。
FreeType -位图(bitmap)和矢量(vector)字体显示。
SQLite - 一个对于所有应用程序可用,功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
还有部分上面没有显示出来的就是硬件抽象层。其 实Android并非讲所有的设备驱动都放在linux内核里面,而是实现在userspace空间,这么做的主要原因是GPL协议,Linux是遵循该 协议来发布的,也就意味着对 linux内核的任何修改,都必须发布其源代码。而现在这么做就可以避开而无需发布其源代码,毕竟它是用来赚钱的。 而 在linux内核中为这些userspace驱动代码开一个后门,就可以让本来userspace驱动不可以直接控制的硬件可以被访问。而只需要公布这个 后门代码即可。一般情况下如果要将Android移植到其他硬件去运行,只需要实现这部分代码即可。包括:显示器驱动,声音,相机,GPS,GSM等等
2)Android 运行库
Android 包括了一个核心库,该核心库提供了JAVA编程语言核心库的大多数功能。
每一个Android应用程序都在它自己的进程中运 行,都拥有一个独立的Dalvik虚拟 机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。 Dalvik虚拟机执行(.dex)的Dalvik可执行文件,该格式文件针对小内存使用做了 优化。同时虚拟机是基于寄存器的,所有的类都经由JAVA编译器编译,然后通过SDK中 的 "dx" 工具转化成.dex格式由虚拟机执行。
Dalvik虚拟机依赖于linux内核的一些功能,比如线程机制和底层内存管理机制。
4.Linux 内核
Android 的核心系统服务依赖于 Linux 2.6 内核 ,如安全性,内存管理,进程管理, 网络协议栈和驱动模型。 Linux 内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。其外还对其做了部分修改,主要涉及两部分修改:
1).Binder (IPC):提供有效的进程间通信,虽然linux内核本身已经提供了这些功能,但Android系统很多服务都需要用到该功能,为了某种原因其实现了自己的一套。
2).电源管理:主要是为了省电,毕竟是手持设备嘛,低耗电才是我们的追求。
最后在谈谈Android所采用的语言,其应用开发采用java语言,我们所说的java一般包含三个部分:
1)java语言:即其语法,其写代码的程式
2).java虚拟机:为了实现一次编译到处可以运行的原则,java在编译连接以后并没有产生目标机器语言,而是采用了Java bytecode这种Java共用指令,这时就需要一个虚拟机来执行改指令。
3).库:跟我们常用的C语言一样提供一些常用的库
后两者结合就是Java Runtime Environment。
Android使用的虚拟机叫 Dalvik,最初并是不为Java设计的,它并不能运行Java bytecode指令,而是运行叫Dalvik executable,简称dx。为此Android提供了dx工具,用来将Java bytecode转换为dx。
Android源代码结构:
Google提供的Android包含了原始Android的目标机代码,主机编译工具、仿真环境,代码包经过解压缩后,第一级别的目录和文件如下所示:
bionic目录展开一个级别的目录如下所示:
bootloader目录展开的两个级别目录:
build目录展开的一个级别的目录如下所示:
其中,core中的Makefile是整个Android编译所需要的真正的Makefile,它被顶层目录的Makefile引用。
envsetup.sh是一个在使用仿真器运行的时候,用于设置环境的脚本。
dalvik目录用于提供Android JAVA应用程序运行的基础————JAVA虚拟机。
development目录展开的一个级别的目录如下所示:
在emulator目录中qemud是使用QEMU仿真时目标机器运行的后台程序,skins是仿真时手机的界面。
samples中包含了很多Android简单工程,这些工程为开发者学习开发Android程序提供了很大便利,可以作为模板使用。
external目录展开的一个级别的目录如下所示:
在external中,每个目录表示Android目标系统中的一个模块,可能有一个或者若干个库构成。其中:
opencore为PV(PacketVideo),它是Android多媒体框架的核心。
webkit是Android网络浏览器的核心。
sqlite是Android数据库系统的核心。
openssl是Secure Socket Layer,一个网络协议层,用于为数据通讯提供安全支持。
frameworks目录展开的一个级别的目录如下所示:
frameworks是Android应用程序的框架。
hardware是一些与硬件相关的库
kernel是Linux2.6的源代码
packages目录展开的两个级别的目录如下所示:
packages中包含两个目录,其中apps中是Android中的各种应用程序,providers是一些内容提供者(在Android中的一个数据源)。
packages中两个目录的内容大都是使用JAVA编写的程序,各个文件夹的层次结构是类似的。
prebuilt目录展开的一个级别的目录如下所示:
system目录展开的两个级别的目录如下所示:
我们先来看看Android它的体系结构吧。下面是一张公开的Android体系结构图。
android的系统架构和其操作系统一样,采用了分层的架构。从架构图看,android分为四个层,从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和linux核心层。蓝色的代表java程序,黄色的代码为运行JAVA程序而实现的虚拟机,绿色部分为C/C++语言编写的程序库,红色的代码内核(linux内核+drvier)
1.应用程序
Android会同一系列核心应用程序包一起发布,该应用程序包包括email客户端,SMS短消息程序,日历,地图,浏览器,联系人管理程序等。所有的应用程序都是使用JAVA语言编写的。
2.应用程序框架
开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的API 框架。该应用程序的架构设计简化了组件的重用;任何一个应用程序都可以发布它的功能块并且任何其 它的应用程序都可以使用其所发布的功能块(不过得遵循框架的安全性限制)。同样,该应用程序重用机制也使用户可以方便的替换程序组件。
隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统, 其中包括;
丰富而又可扩展的视图(Views),可以用来构建应用程序, 它包括列表(lists),网格(grids),文本框(text boxes),按钮(buttons), 甚至可嵌入的web浏览器。
内容提供器(Content Providers)使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据(如联系人数据库), 或者共享它们自己的数据
资源管理器(Resource Manager)提供 非代码资源的访问,如本地字符串,图形,和布局文件( layout files )。
通知管理器 (Notification Manager) 使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息。
活动管理器( Activity Manager) 用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能。
有关更多的细节和怎样从头写一个应用程序,请参考 如何编写一个 Android 应用程序.
3.系统运行库
1)程序库
Android 包含一些C/C++库,这些库能被Android系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。以下是一些核心库:
Bionic系统 C 库 - 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库( libc ), 它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。
媒体库 - 基于 PacketVideo OpenCORE;该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制,同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。
Surface Manager - 对显示子系统的管理,并且为多个应用程序提 供了2D和3D图层的无缝融合。这部分代码
Webkit,LibWebCore - 一个最新的web浏览器引擎用,支持Android浏览器和一个可嵌入的web视图。鼎鼎大名的 Apple Safari背后的引擎就是Webkit
SGL - 底层的2D图形引擎
3D libraries - 基于OpenGL ES 1.0 APIs实现;该库可以使用硬件 3D加速(如果可用)或者使用高度优化的3D软加速。
FreeType -位图(bitmap)和矢量(vector)字体显示。
SQLite - 一个对于所有应用程序可用,功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
还有部分上面没有显示出来的就是硬件抽象层。其 实Android并非讲所有的设备驱动都放在linux内核里面,而是实现在userspace空间,这么做的主要原因是GPL协议,Linux是遵循该 协议来发布的,也就意味着对 linux内核的任何修改,都必须发布其源代码。而现在这么做就可以避开而无需发布其源代码,毕竟它是用来赚钱的。 而 在linux内核中为这些userspace驱动代码开一个后门,就可以让本来userspace驱动不可以直接控制的硬件可以被访问。而只需要公布这个 后门代码即可。一般情况下如果要将Android移植到其他硬件去运行,只需要实现这部分代码即可。包括:显示器驱动,声音,相机,GPS,GSM等等
2)Android 运行库
Android 包括了一个核心库,该核心库提供了JAVA编程语言核心库的大多数功能。
每一个Android应用程序都在它自己的进程中运 行,都拥有一个独立的Dalvik虚拟 机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。 Dalvik虚拟机执行(.dex)的Dalvik可执行文件,该格式文件针对小内存使用做了 优化。同时虚拟机是基于寄存器的,所有的类都经由JAVA编译器编译,然后通过SDK中 的 "dx" 工具转化成.dex格式由虚拟机执行。
Dalvik虚拟机依赖于linux内核的一些功能,比如线程机制和底层内存管理机制。
4.Linux 内核
Android 的核心系统服务依赖于 Linux 2.6 内核 ,如安全性,内存管理,进程管理, 网络协议栈和驱动模型。 Linux 内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。其外还对其做了部分修改,主要涉及两部分修改:
1).Binder (IPC):提供有效的进程间通信,虽然linux内核本身已经提供了这些功能,但Android系统很多服务都需要用到该功能,为了某种原因其实现了自己的一套。
2).电源管理:主要是为了省电,毕竟是手持设备嘛,低耗电才是我们的追求。
最后在谈谈Android所采用的语言,其应用开发采用java语言,我们所说的java一般包含三个部分:
1)java语言:即其语法,其写代码的程式
2).java虚拟机:为了实现一次编译到处可以运行的原则,java在编译连接以后并没有产生目标机器语言,而是采用了Java bytecode这种Java共用指令,这时就需要一个虚拟机来执行改指令。
3).库:跟我们常用的C语言一样提供一些常用的库
后两者结合就是Java Runtime Environment。
Android使用的虚拟机叫 Dalvik,最初并是不为Java设计的,它并不能运行Java bytecode指令,而是运行叫Dalvik executable,简称dx。为此Android提供了dx工具,用来将Java bytecode转换为dx。
Android源代码结构:
Google提供的Android包含了原始Android的目标机代码,主机编译工具、仿真环境,代码包经过解压缩后,第一级别的目录和文件如下所示:
. |-- Makefile (全局的Makefile) |-- bionic (Bionic含义为仿生,这里面是一些基础的库的源代码) |-- bootloader (引导加载器) |-- build (build目录中的内容不是目标所用的代码,而是编译和配置所需要的脚本和工具) |-- dalvik (JAVA虚拟机) |-- development (程序开发所需要的模板和工具) |-- external (目标机器使用的一些库) |-- frameworks (应用程序的框架层) |-- hardware (与硬件相关的库) |-- kernel (Linux2.6的源代码) |-- packages (Android的各种应用程序) |-- prebuilt (Android在各种平台下编译的预置脚本) |-- recovery (与目标的恢复功能相关) `-- system (Android的底层的一些库) |
bionic/ |-- Android.mk |-- libc |-- libdl |-- libm |-- libstdc++ |-- libthread_db `-- linker |
bootloader/ `-- legacy |-- Android.mk |-- README |-- arch_armv6 |-- arch_msm7k |-- fastboot_protocol.txt |-- include |-- libboot |-- libc |-- nandwrite `-- usbloader |
build/ |-- buildspec.mk.default |-- cleanspec.mk |-- core (各种以mk为结尾的文件,它门是编译所需要的Makefile) |-- envsetup.sh |-- libs |-- target (包含board和product两个目录,为目标所需要文件) `-- tools (编译过程中主机所需要的工具,一些需要经过编译生成) |
envsetup.sh是一个在使用仿真器运行的时候,用于设置环境的脚本。
dalvik目录用于提供Android JAVA应用程序运行的基础————JAVA虚拟机。
development目录展开的一个级别的目录如下所示:
development |-- apps (Android应用程序的模板) |-- build (编译脚本模板) |-- cmds |-- data |-- docs |-- emulator (仿真相关) |-- host (包含windows平台的一些工具) |-- ide |-- pdk |-- samples (一些示例程序) |-- simulator (大多是目标机器的一些工具) `-- tools |
samples中包含了很多Android简单工程,这些工程为开发者学习开发Android程序提供了很大便利,可以作为模板使用。
external目录展开的一个级别的目录如下所示:
external/ |-- aes |-- apache-http |-- bluez |-- clearsilver |-- dbus |-- dhcpcd |-- dropbear |-- elfcopy |-- elfutils |-- emma |-- esd |-- expat |-- fdlibm |-- freetype |-- gdata |-- giflib |-- googleclient |-- icu4c |-- iptables |-- jdiff |-- jhead |-- jpeg |-- libffi |-- libpcap |-- libpng |-- libxml2 |-- netcat |-- netperf |-- neven |-- opencore |-- openssl |-- oprofile |-- ping |-- ppp |-- protobuf |-- qemu |-- safe-iop |-- skia |-- sonivox |-- sqlite |-- srec |-- strace |-- tagsoup |-- tcpdump |-- tinyxml |-- tremor |-- webkit |-- wpa_supplicant |-- yaffs2 `-- zlib |
opencore为PV(PacketVideo),它是Android多媒体框架的核心。
webkit是Android网络浏览器的核心。
sqlite是Android数据库系统的核心。
openssl是Secure Socket Layer,一个网络协议层,用于为数据通讯提供安全支持。
frameworks目录展开的一个级别的目录如下所示:
frameworks/ |-- base |-- opt `-- policies |
hardware是一些与硬件相关的库
kernel是Linux2.6的源代码
packages目录展开的两个级别的目录如下所示:
packages/ |-- apps | |-- AlarmClock | |-- Browser | |-- Calculator | |-- Calendar | |-- Camera | |-- Contacts | |-- GoogleSearch | |-- HTMLViewer | |-- IM | |-- Launcher | |-- Mms | |-- Music | |-- PackageInstaller | |-- Phone | |-- Settings | |-- SoundRecorder | |-- Stk | |-- Sync | |-- Updater | `-- VoiceDialer `-- providers |-- CalendarProvider |-- ContactsProvider |-- DownloadProvider |-- DrmProvider |-- GoogleContactsProvider |-- GoogleSubscribedFeedsProvider |-- ImProvider |-- MediaProvider `-- TelephonyProvider |
packages中两个目录的内容大都是使用JAVA编写的程序,各个文件夹的层次结构是类似的。
prebuilt目录展开的一个级别的目录如下所示:
prebuilt/ |-- Android.mk |-- android-arm |-- common |-- darwin-x86 |-- linux-x86 `-- windows |
system/ |-- bluetooth | |-- bluedroid | `-- brfpatch |-- core | |-- Android.mk | |-- README | |-- adb | |-- cpio | |-- debuggerd | |-- fastboot | |-- include (各个库接口的头文件) | |-- init | |-- libctest | |-- libcutils | |-- liblog | |-- libmincrypt | |-- libnetutils | |-- libpixelflinger | |-- libzipfile | |-- logcat | |-- logwrapper | |-- mkbootimg | |-- mountd | |-- netcfg | |-- rootdir | |-- sh | `-- toolbox |-- extras | |-- Android.mk | |-- latencytop | |-- libpagemap | |-- librank | |-- procmem | |-- procrank | |-- showmap | |-- showslab | |-- sound | |-- su | |-- tests | `-- timeinfo `-- wlan `-- ti |
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