Android运行机制

一、 Android平台各层

Android平台架构图，如下图：由上到下依次为应用程序、应用程序框架、库、Android运行时、Linux内核。

1、Linux内核:

Android系统基于Linux内核，但是Android不是Linux。没有本地的窗口系统。没有glibc库的支持。不包括完整的标准Linux工具集。标准的Linux 2.6.24内核。内核增强补丁来支持Android。

(1) Linux内核具有强大的内核和进程管理。基于权限的安全模型。可靠的驱动模型。支持共享库。已经是开源的。

(2)内核增强： Alarm， Ashmem， Binder， Power Management， Low Memory Killer， Kernel Debugger， Logger

Binder(IPC)驱动介绍

问题：应用和服务会运行在各自的进程当中，而进程之间必须要通信和共享数据。而IPC（进程间通信）会引入巨大的处理开销和安全漏洞。

解决方法：使用驱动来协助进程间通信（IPC）。通过共享内存来获得高性能。对于处理请求，每个进程一个线程池。引用计数，对象的引用是跨进程映射的。进程之间是同步调用。

Binder的实现机制如下图所示：

Android的接口定义语言（AIDL）见：http://developer.android.com/guide/components/aidl.html

PowerManager介绍

问题：移动设备是依赖电池供电来运行的，电池只有有限的容量。

解决方法：基于Linux的功率管理（PM）构建更加强大的功率管理策略通过"wake locks"来进行功率管理支持不同类型的wake locks。

Android中的PM实现：如下图中所示

Android内核源码可以通过如下http://git.android.com获取

2 、本地库

本地库包括： Bionic Libc， Function Libraries， Native Servers， Hardware Abstraction Libraries

(1)Bionic：定制的libc实现，优化用于嵌入式。

为什么选用Bionic？为什么要构建一个定制的libc库呢？

主要从如下方面考虑：

许可证：从用户角度，保持GPL许可。

大小：由于将加载到各个进程，所以需要比较小。

速率：有限的CPU能力意味着我们需要足够的快。

对于Bionic libc： BSD许可小而快的代码路径非常快和小的定制的pthread实现内置支持重要的特定Androud服务，像

1）系统属性，getprop(my.system.property, buff, default);

2）log能力，LOGI(Logging a message with priority 'Info' );不支持某些POSIX特性。与GNU Libc（glibc）不兼容。由于Native代码必须依赖bionic来进行编译。

(2)功能库（Function Libraries）

[1]WebKit ：基于开源的WebKit浏览器：在全视图渲染页完全支持CSS，Javascript，DOM，AJAX支持单列和自适应的视图渲染。

[2]Media Framework： 基于PacketVideo公司的OpenCORE平台。支持多种音频、视频、图像文件。

[3]SQLite：轻量级事务性数据存储，是大多数平台的后端数据存储，是轻量级关系数据库引擎。

(3)Native Servers 主要有两大类Surface Flinger（Surface Manager）和Audio Flinger （Audio Manager）

[1]Surface Flinger：提供系统范围的外观“组合器”，处理所有的外观渲染到帧buffer设备中。可以结合2D与3D外观和多个应用的外观。Surfaces传递是作为Buffer来通过Binder IPC调用。可以使用OpenGL ES和2D硬件加速器作为其组成部分。使用page-flip的双buffer机制。

管理多个应用程序同时执行，各个应用程序之间的显示与存取，并且为多个应用程序提供2D和3D图层的无缝融合。

如下图展示所示

[2]Audio Flinger： 管理所有的audio输出设备。处理多个audio流到PCM audio 输出路径。处理audio路由到各个输出。

如下图示意

(4)硬件抽象层（Hardware Abstraction Libraries，HAL） ，在Android系统层次结构中的位置，如下图所示。

该层具有如下特点：用户空间C/C++库层。定义了接口，以便让Android请求硬件“驱动”来实现。分离了Android平台逻辑和硬件接口。

那么为什么在Android中需要一个用户空间的HAL呢？

主要有如下原因：不是所有的组件具有标准的内核驱动接口；内核驱动是GPL的，其将暴露了所有的知识产权；Android对于硬件驱动具有特定的要求。 HAL Header例子：

// must be provided by each Acme hardware implementation
typedef struct {
    int (*foo)( void );
    char (*bar)( void );
    …
} AcmeFunctions;
const AcmeFunctions *Acme_Init(const struct Env *env, int argc, char
**argv);

库在runtime时按需动态加载

(1) 核心库（Core Libraries）：包括Java语言所需要的基本函数以及Android的核心库。与标准Java不一样的是，系统为每个应用程序提供单独的Dalvik虚拟机执行，即每个应用程序拥有自己单独的线程。Java语言的Core APIs提供了功能强大的，并且简单和熟悉的开发平台。数据结构（Data Structure）工具（Utilities）文件访问（File Access）网络访问（Network Access）图形（Graphics）...

(2)Dalvik虚拟机： 是Android中定制的净化实现的虚拟机。大多数虚拟机（包括JVM）都是基于栈的，Dalvik虚拟机是基于寄存器的。

由于如下特点：

[1]提供了应用程序的可移植性和运行时的一致性；

[2]运行优化的文件格式（.dex）和Dalvik字节；

[3]Java .class/ .jar文件在构建时转换为.dex格式 ;

[4]Dalvik设计用于嵌入式环境;

[5]在每个设备上支持多个虚拟机进程；

[6]高度优化CPU的字节码解释器；

[7]高效的使用runtime内存。

4. 应用框架（Application Frameworks）

对于开发人员来讲，接触最多的即是该层。

(1)核心平台服务（Core Platform Services）

具有如下特性：对于Android平台来说，服务（Services）是必需的。在后台 —— 应用不会直接访问它们。

主要平台服务： Activity Manager，Package Manager，Window Manager，Resource Manager，Content Providers，View System

(2)硬件服务（Hardware Services） 提供访问底层的硬件APIs。典型地通过局部的Manager对象来访问。

例如：LocationManager lm = (LocationManager）Context.getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE);

主要硬件服务： Telephony Service，Location Service，Bluetooth Service，WIFI Service，USB Service，Sensor Service
更多的关于应用框架的信息参考： Google I/O ：“Inside the Androoid Application Framework”Online ：http://code.google.com/android

5、Applications（应用程序层）