安卓系统的开发
前言
本文作为Android系统架构的开篇，起到提纲挈领的作用，从系统整体架构角度概要讲解Android系统的核心技术点，带领大家初探Android系统全貌以及内部运作机制。虽然Android系统非常庞大且错综复杂，需要具备全面的技术栈，但整体架构设计清晰。Android底层内核空间以Linux Kernel作为基石，上层用户空间由Native系统库、虚拟机运行环境、框架层组成，通过系统调用(Syscall)连通系统的内核空间与用户空间。对于用户空间主要采用C++和Java代码编写，通过JNI技术打通用户空间的Java层和Native层(C++/C)，从而连通整个系统。
一、Android开发概述
1.1 Android简介
Android是由Google公司和开放手机联盟领导并开发的一种基于Linux的*且开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备。 其最初由Andy Rubin开发，后被Google于2005年8月收购。之后Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机联盟，共同研发改良Android系统，完成开发后，Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。
1.2 Android的发展历程
2003年10月，Andy Rubin等人创建Android公司，并组建Android团队。
2005年8月17日，Google低调收购了成立仅22个月的高科技企业Android及其团队。安迪鲁宾成为Google公司工程部副总裁，继续负责Android项目。
2007年11月5日，谷歌公司正式向外界展示了这款名为Android的操作系统，并且在这天谷歌宣布建立一个全球性的联盟组织，该组织由34家手机制造商、软件开发商、电信运营商以及芯片制造商共同组成，并与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组成开放手持设备联盟（Open Handset Alliance）来共同研发改良Android系统，这一联盟将支持谷歌发布的手机操作系统以及应用软件，Google以Apache免费开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。[3]
2008年，在GoogleI/O大会上，谷歌提出了AndroidHAL架构图，在同年8月18号，Android获得了美国联邦通信委员会（FCC）的批准，在2008年9月，谷歌正式发布了Android 1.0系统，这也是Android系统最早的版本。
2009年4月，谷歌正式推出了Android 1.5这款手机，从Android 1.5版本开始，谷歌开始将Android的版本以甜品的名字命名，Android 1.5命名为Cupcake（纸杯蛋糕）。该系统与Android 1.0相比有了很大的改进。
2009年9月份，谷歌发布了Android 1.6的正式版，并且推出了搭载Android 1.6正式版的手机HTC Hero（G3），凭借着出色的外观设计以及全新的Android 1.6操作系统，HTC Hero（G3）成为当时全球最受欢迎的手机。Android 1.6也有一个有趣的甜品名称，它被称为Donut（甜甜圈）。
2010年2月份，Linux内核开发者Greg Kroah-Hartman将Android的驱动程序从Linux内核“状态树”（“staging tree”）上除去，从此，Android与Linux开发主流将分道扬镳。在同年5月份，谷歌正式发布了Android 2.2操作系统。谷歌将Android 2.2操作系统命名为Froyo，翻译完名为冻酸奶。
2010年10月份，谷歌宣布Android系统达到了第一个里程碑，即电子市场上获得官方数字认证的Android应用数量已经达到了10万个，Android系统的应用增长非常迅速。在2010年12月，谷歌正式发布了Android 2.3操作系统Gingerbread（姜饼）。
2011年1月，谷歌称每日的Android设备新用户数量达到了30万部，到2011年7月，这个数字增长到55万部，而Android系统设备的用户总数达到了1.35亿，Android系统已经成为智能手机领域占有量最高的系统。
2011年8月2日，Android手机已占据全球智能机市场48%的份额，并在亚太地区市场占据统治地位，终结了Symbian（塞班系统）的霸主地位，跃居全球第一。
2011年9月份，Android系统的应用数目已经达到了48万，而在智能手机市场，Android系统的占有率已经达到了43%。继续在排在移动操作系统首位。谷歌将会发布全新的Android 4.0操作系统，这款系统被谷歌命名为Ice Cream Sandwich（冰激凌三明治）。
2012年1月6日，谷歌Android Market已有10万开发者推出超过40万活跃的应用，大多数的应用程序为免费。Android Market应用程序商店目录在新年首周周末突破40万基准，距离突破30万应用仅4个月。在2011年早些时候，Android Market从20万增加到30万应用也花了四个月。[4]
2013年11月1日，Android4.4正式发布，从具体功能上讲，Android4.4提供了各种实用小功能，新的Android系统更智能，添加更多的Emoji表情图案，UI的改进也更现代，如全新的HelloiOS7半透明效果。
2015年27日，网络安全公司Zimperium研究人员警告，安卓(Android)存在“致命”安全漏洞,黑客发送一封彩信便能在用户毫不知情的情况下完全控制手机。
2018年10月，谷歌表示，将于2018年12月6日停止Android系统中的Nearby Notifications（附近通知）服务，因为Android用户收到太多的附件商家推销信息的垃圾邮件。[5]
2019年8月，谷歌宣布Android系统的重大改变，不仅换了全新的logo，命名方式也变了，今年的Android Q的正式名称是Android 10。
1.3 Android的特性
Android是一种以Linux为基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备。目前尚未有统一中文名称。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，最初主要支持手机。2005年由Google收购注资，并组建开放手机联盟开发改良，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。Android的主要竞争对手是苹果公司的iOS以及RIM的Blackberry OS。2011年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过塞班系统，跃居全球第一。 2011年11月数据，Android占据全球智能手机操作系统市场52.5%的份额，中国市场占有率为58%。操作简单，容易上手，相当智能，越来越人性化，机器众多选择性大，开源、免费应用多。
• 应用框架，实现了组合的重用与替换
• Dalvik虚拟机，专为移动设备优化
• 集成的浏览器，基于开源的WebKit引擎
• 优化的图形，由一个定制的2D图形库驱动，3D图形基于OpenGL ES 1.0规范（硬件加速可选）
• 媒体支持，支持常用音频、视频以及图像格式（MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG, GIF）
• GSM通话（依赖硬件）
• 蓝牙，EDGE（增强型数据速率GSM演进技术），3G，以及Wifi（依赖硬件） • 丰富的开发环境，包括一个设备模拟器，测试工具，内存和性能分析，以及用于Eclipse IDE的一个插件 。
1.开放性
在优势方面，Android平台首先就是其开发性，开发的平台允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来。显著的开放性可以使其拥有更多的开发者，随着用户和应用的日益丰富，一个崭新的平台也将很快走向成熟。
开发性对于Android的发展而言，有利于积累人气，这里的人气包括消费者和厂商，而对于消费者来讲，最大的受益正是丰富的软件资源。开放的平台也会带来更大竞争，如此一来，消费者将可以用更低的价位购得心仪的手机。
2.丰富的软件性
这一点还是与Android平台的开放性相关，由于Android的开放性，众多的厂商会推出千奇百怪，功能特色各具的多种产品。功能上的差异和特色，却不会影响到数据同步、甚至软件的兼容，如同从诺基亚Symbian风格手机一下改用苹果iPhone，同时还可将Symbian中优秀的软件带到iPhone上使用、联系人等资料更是可以方便地转移。
3.方便开发
Android平台提供给第三方开发商一个十分宽泛、*的环境，不会受到各种条条框框的阻扰，可想而知，会有多少新颖别致的软件会诞生。但也有其两面性，血腥、暴力、情色方面的程序和游戏如何控制正是留给Android难题之一。
4.Google应用
在互联网的Google已经走过10年度历史，从搜索巨人到全面的互联网渗透，Google服务如地图、邮件、搜索等已经成为连接用户和互联网的重要纽带，而Android平台手机将无缝结合这些优秀的Google服务。
1.4 Android的架构
Android系统构架是安卓系统的体系结构，android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构，共分为四层，从高到低分别是Android应用层，Android应用框架层，Android系统运行库层和Linux内核层。 Android系统构架主要应用于ARM平台，但不仅限于ARM，通过编译控制，在X86、MAC等体系结构的机器上同样可以运行。
1.应用层
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。它们一般都是使用Java进行编写。
2.应用框架层
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：
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(textBoxes)，按钮(buttons)，甚至可嵌入的web浏览器。
内容提供器(ContentProviders)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(ResourceManager)提供非代码资源的访问，如本地字符串，图形，和布局文件(layoutfiles)。
通知管理器(NotificationManager)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(ActivityManager)用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能。
3.系统运行库层
- 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：
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embeddedlinux的设备定制的。
媒体库——基于PacketVideoopencore;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。
SurfaceManager——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。
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。
SGL——底层的2D图形引擎
3Dlibraries——基于OpenGLES1.0APIs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。
- 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内核层
Android的核心系统服务依赖于Linux2.6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。
1.5 Android的应用
1、智能手机
据3G门户发布的《2011年手机体验白皮书》指出：安卓系统2010年出现井喷式增长，未来安卓系统成为智能手机的主流操作系统。
安卓系统特有的开源型，使得智能手机生产厂商在使用该平台时，不需要支付任何费用，在很大程度上降低了生产成本，使得智能手机的门槛降低。目前已有多款千元入门级安卓系统智能机的上市，采用最新的安卓操作系统所有移动互联网应用畅通无阻。采用安卓系统的智能手机性价比高，满足了大多数国民的要求，因此在国内具有良好的发展前景。
安卓手机支持WIFI、3G、WAP等多种互联网接入方式，能够轻松接入移动互联网，这一功能已成为最重要的融合应用终端。安卓成熟的技术可以应用在绝大多数的硬件平台上，实现华丽界面与简单轻松操作的完美结合，深受广大用户的喜欢。安卓终端普遍具有备触摸屏、高级图形显示和上网功能，与苹果等其他智能手机相比，具有更强大的搜索功能，用户能够用安卓系统查看电子邮件、搜索网址和观看视频节目等，应用非常广泛，是一款融入全部Web应用的强大平台。可以说，安卓系统的个性化和融合应用，跟上了移动互联网迅猛发展的潮流，两者将相辅相成。
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