Android 笔记之 Android 系统架构

一、Android 系统架构

Android 系统架构分为四层：Linux 内核层、系统库层、应用框架层、应用层

图1 Android 系统架构图（图片来源于网络）

1. Linux 内核层（Linux Kernel）

• 这一层提供的功能有：安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈、驱动程序模型等

2. 系统库层（Libraries）

• 这一层包括两方面的内容： C/C++ 语言编写的程序库、Android 运行时
• C/C++ 语言编写的程序库
  • SQLite : 提供数据库支持
  • OpenGL|ES : （Open Graphic Libraries for Embedded Systems）提供 3D 绘图支持
  • Free Type : 字体渲染引擎
  • Webkit : 提供浏览器内核支持
  • SGL : （Skia Graphics Library）2D 图形渲染引擎，Skia 是美国的一家公司，后来被 Google 收购
  • SSL : （Secure Sockets Layer 安全套接层）是一种安全协议，为互联网通信，提供安全及数据完整性保障
  • libc : （Bionic libc）C标准库，由 Google 开发，采用 BSD 授权条款，应用于嵌入式系统上
• Android 运行时
  • 核心库 : 包括 Java API 和 Android API
  • Dalvik 虚拟机 : 在有限的内存中，允许每一个 Android 的应用程序都拥有自己的 Dalvik 虚拟机实例，并且运行于独立的进程当中（Android 5.0 系统之后改为 ART 虚拟机），独立的进程可以防止当虚拟机崩溃的时候，所有程序都被关闭

3. 应用框架层（Application Framework）

• 这一层主要是提供开发应用程序所需的框架，使程序员可以进行快速开发

4. 应用层（Applications）

• 安装在手机上的应用程序都属于这一层

5. 其他

• 开发人员
  • 如果从事 Android 应用开发，那么应该研究 Android 的应用层和应用框架层
  • 如果从事 Android 系统开发，那么应该研究 Android 的系统库层
  • 如果从事 Android 驱动开发，那么应该研究 Android 的 Linux 内核层
• Dalvik 虚拟机 与 ART（Android Runtime） 虚拟机
  • Android 5.0 系统之后 ART 虚拟机取代 Dalvik 虚拟机，主要是为了提升 Android 系统的流畅性
  • 在 Dalvik 虚拟机下，应用程序每次运行的时候，字节码都需要通过JIT（Just-in-Time 即时编译）转换为机器码，这也是为什么每次开启程序的时候都会很慢的原因
  • ART 虚拟机，在应用程序安装的时候，就将字节码预先编译成了机器码，在应用程序运行的时候无需再次编译，使用的技术是 AOT（Ahead-of-Time 预编译）
  • ART 虚拟机也有缺点，预编译会占用更大的内存空间，而且应用程序的安装时间也会延长
• 接口
  • 这里采用知乎上某位大牛类似的回答来说明一下
  • 比如说，小 A 通过某种技术，在网络上搜索了很多高质量的美女图片，然后发布在他的微博上，恰好小 B 也是这方面的爱好者，那么小 A 的微博就是接口，小 B 只需关注小 A 的微博便可以查看大量的美女图片，无需关心小 A 是通过什么技术来获得这些图片的
• HAL（Hardware Abstraction Layer 硬件抽象层）
  • 如图 2 所示，这是比较新的 Android 系统架构图，图中还有一层叫 HAL（Hardware Abstraction Layer 硬件抽象层）
  • HAL 的由来
    • Linux 内核的发布遵循 GPL 协议，GPL 协议规定：所有对源码的修改都必须开源
    • 如果 Google 在 Linux 内核中编写驱动程序模块，那么修改的源码就必须全部公布出来，但是这样一来会损害硬件厂商的利益，毕竟公开源码的话，硬件的实现细节和参数也就暴露了。为了解决这个问题，Google 提出了 HAL，厂商可以在不公开源码的情况下，将硬件的相关实现以库（.so）的形式放在 HAL 中，当然，硬件驱动不可能完全脱离 Linux 内核，所以 Google 也在Linux 内核中做了相应的修改，基于 GPL 协议，这部分修改的源码要公布出来，但是因为 HAL 不属于对 Linux 内核的修改，所以这里的源码就没有开源的必要了
  • HAL 的功能
    • HAL 提供了将设备硬件的功能暴露给 Application Framework 层的标准接口
    • HAL 由许多库模块组成，每个库模块都实现了特定类型的硬件组件接口，通俗地讲就是通过库模块就可以调用相应的硬件组件，比如：蓝牙模块在 HAL 中有特定的库模块，当 Application Framework 层的 API 访问蓝牙设备时，Android 系统会加载相应的库模块以供 API 使用
    • 这里有必要理清一下，库模块是提供给 API 的接口，而 API 是提供给程序员的接口

图2 Android 系统架构图（图片来源于网络）