Android os体系架构

Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。

架构详解

下面由下向上分析各层，介绍Andoid各个层次的软件的重点及其相关技术：：

第一、操作系统层(OS)

第二、各种库(Libraries)和Android 运行环境(RunTime)

第三、应用程序框架(Application Framework)

第四、应用程序(Application)

操作系统层(OS)

Linux Kernel

Android使用Linux2.6作为操作系统，Linux2.6是一种标准的技术，Linux也是一个开放的操作系统。Android基于Linux 2.6提供核心系统服务，例如：安全、内存管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型。Linux Kernel也作为硬件和软件之间的抽象层，它隐藏具体硬件细节而为上层提供统一的服务。Android对操作系统的使用包括核心和驱动程序两部分，Android的Linux核心为标准的Linux2.6内核，Android更多的是需要一些与移动设备相关的驱动程序。

主要的驱动如下所示：

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)

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)

蓝牙驱动(Bluetooth Driver)

Binder IPC驱动： Andoid一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通讯的功能。

Power Management(能源管理)

如果你只是做应用开发，就不需要深入了解Linux Kernel层。

各种库(Libraries)和Android 运行环境(RunTime)

本层次对应一般嵌入式系统，相当于中间件层次。Android的本层次分成两个部分一个是各种库(Libraries)，另一个是Android 运行环境(Android Runtime)。本层的内容

大多是使用C++实现的。

在其中，各种库包括：

▅ C库：C语言的标准库，这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，一个部分是音频、视频的回放(PlayBack)，另一部分是则是音视频的纪录(Recorder)。

▅ SGL：2D图像引擎。

▅ SSL：即Secure Socket Layer位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间,为数据通讯提供安全支持。

▅ OpenGL ES 1.0 ：本部分提供了对3D的支持。

▅ 界面管理工具(Surface Management)：本部分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。

Android 的各种库一般是以系统中间件的形式提供的，它们均有的一个显著特点就是与移动设备的平台的应用密切相关。

Android 运行环境主要指的虚拟机技术——Dalvik。Dalvik虚拟机和一般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是以基于栈的虚拟机(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。

Android Runtime

Android包含一个核心库的集合，提供大部分在Java编程语言核心类库中可用的功能。每一个Android应用程序是Dalvik虚拟机中的实例，运行在他们自己的进程中。Dalvik虚拟机设计成，在一个设备可以高效地运行多个虚拟机。Dalvik虚拟机可执行文件格式是.dex，dex格式是专为Dalvik设计的一种压缩格式，适合内存和处理器速度有限的系统。

大多数虚拟机包括JVM都是基于栈的，而Dalvik虚拟机则是基于寄存器的。 两种架构各有优劣，一般而言，基于栈的机器需要更多指令，而基于寄存器的机器指令更大。dx 是一套工具，可以将 Java .class 转换成 .dex 格式。一个dex文件通常会有多个.class。由于dex有时必须进行最佳化，会使文件大小增加1-4倍，以ODEX结尾。

Dalvik虚拟机依赖于Linux 内核提供基本功能，如线程和底层内存管理。

Libraries

Android包含一个C/C++库的集合，供Android系统的各个组件使用。这些功能通过Android的应用程序框架(application framework)暴露给开发者。下面列出一些核心库：

系统C库——标准C系统库(libc)的BSD衍生，调整为基于嵌入式Linux设备

媒体库——基于PacketVideo的OpenCORE。这些库支持播放和录制许多流行的音频和视频格式，以及静态图像文件，包括MPEG4、 H.264、 MP3、 AAC、 AMR、JPG、 PNG

界面管理——管理访问显示子系统和无缝组合多个应用程序的二维和三维图形层

LibWebCore——新式的Web浏览器引擎,驱动Android 浏览器和内嵌的web视图

SGL——基本的2D图形引擎

3D库——基于OpenGL ES 1.0 APIs的实现。库使用硬件3D加速或包含高度优化的3D软件光栅

FreeType ——位图和矢量字体渲染

SQLite ——所有应用程序都可以使用的强大而轻量级的关系数据库引擎

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：

一个Andoid的应用程序可以利用应用程序框架中的以下几个部分：

Activity (活动)

Broadcast Intent Receiver (广播意图接收者)

Service (服务)

Content Provider (内容提供者,让开发者在不同应用程序之间共享数据。)

应用程序框架也包括一些高级管理(Manager):

Activity Manager：控制界面的生命周期，包括管理活动(Activity)栈。

Notification Manager：提供一贯的非侵入式的机制来通知用户(例如：当你正在玩游戏时有人给你发短信，通知不会终止你的游戏，你会听到一个声音提示)。

Resource Manager：支持非代码资源，如字符串和图形被外部化

Window Maganger、Package Mananger、Power Manager、Service Manager等等

应用程序(Application)

Android的应用程序主要是用户界面(User Interface)方面的，通常以JAVA程序编写，其中还可以包含各种资源文件(放置在res目录中)JAVA程序及相关资源经过编译后，将生成一个APK包。Android本身提供了主屏幕(Home)，联系人(Contact)，电话(Phone)，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。

另外开发者需要知道的Android库：

1、核心Android开发库

在这个列表中，将帮助开发者了解哪些是可用的核心API。所有的Android设备将提供至少这些API支持：

android.util：核心工具包中包含底层类，字符串格式化和XML解析工具、底层类​​。

android.os：操作系统包提供了访问基本的操作系统服务，如消息传递、进程间通信、时钟功能和调试。

android.graphics：图形API提供了支持画布、颜色和绘制图元的低级别的图形类并且支持绘制画布。

android.text：用于显示和解析文本的文本处理工具。

android.database：在数据库处理游标时提供底层类支持。

android.content：content API管理数据访问，提供服务来管理资源、内容提供者(content provider)和包。

android.view：视图是核心的用户接口类。所有用户界面元素使用的是一系列视图，以构成用户交互的组件。

android.widget**：内置在View包内，小部件类是“这里是我们前面创建的”用户界面元素，可以在自己的应用程序中使用。包括列表、按钮和布局。

com.google.android.maps：高级的API，它提供了访问本地地图控件，可以在自己的应用程序中使用。包括MapView的控制、用于标注和控制您的嵌入式地图的叠加以及MapController类。

android.app：一个高层次的包，允许访问应用程序模型。该应用程序包包括Activity和Service的API等是Android应用程序的基础。

android.provider：方便开发者访问标准的内容提供者(比如联系人数据库)，provider包提供类给开发者访问标准的数据库。

android.telephony：telephony API让开发者直接接触电话底层，开发者可以打电话、接电话、显示通话记录、通话状态和短消息。

android.webkit：WebKit的软件包功能的API与基于Web的内容的工作，其中包括一个WebView控件在您的活动中嵌入浏览器和cookie管理器。

同样，你刚才看到的是Android的库可以帮助您快速构建应用程序的简化列表!除了在Android API，Android栈还包括一组的C/C++库，可通过应用程序框架发布出来。它们包括：

OpenGL：用于支持基于OpenGL ES1.0 API、3D图形库。

FreeType**：这支持位图和矢量字体渲染。

SGL**：用于提供2D图形引擎的核心库。

ibc：标准C库，为基于Linux的嵌入式设备进行了优化。

SQLite：用于存储应用程序数据的轻量级的关系数据库引擎。

SSL：支持使用安全套接字层加密协议进行安全互联网通信。

2、高级Android开发库

我们所看到的核心库，到目前为止提供所有开发Android应用程序需要的功能。值得注意的是，由于Android希望针对移动硬件有更广泛的适应性，因此要注意下列API适用的场合和以及使用时装置是否具备条件。

android.location：基于位置的服务的API，使应用程序访问设备的当前物理位置。基于位置的服务提供通用的访问使用任何位置固定的硬件或技术设备上可用的位置信息。

android.media：媒体API提供了用于播放音频和视频媒体文件，包括流媒体和录制的支持。

android.opengl：Android提供使用的OpenGL ES API，你可以用它来创建动态3D用户界面为你的应用程序的强大的3D渲染引擎。

android.hardware：如有可能，硬件API公开的传感器硬件，包括摄像头、加速计和指南针传感器。

android.bluetooth，android.net.wifi，android.telephony：Android也提供了硬件平台，包括蓝牙、Wi-Fi和电话硬件的低级别的访问。