深入探究Android系统架构

Android是一个专门针对移动设备的软件集，它的架构是分层的，非常清晰，分工很明确。Android本身是一套软件堆叠（Software Stack），或称为“软件叠层架构”，叠层主要分成3层：操作系统、中间件、应用程序。

Android系统架构由5部分组成，分别是Linux Kernel、Android Runtime、Libraries、Ap_- plication Framework和Applications，如图2-9所示。下面对每一部分进行详细的介绍。

图2-9 Android系统架构

（1）Linux Kernel（内核）

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，如图2-10所示。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。

分层的好处就是使用下层提供的服务而为上层提供统一的服务，屏蔽本层及以下层的差异，当本层及以下层发生的变化不会影响到上层，从而做到高内聚、低耦合。

在这里的Linux内核扮演的是硬件层和系统其他层次之间的一个抽象层的概念。这个操作系统并非类GNU/Linux的，因为其系统库、系统初始化和编程接口都和标准的Linux系统是有所不同的。

如果只是做应用开发，就不需要深入了解Linux Kernel层。

（2）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，如图2-11所示。下面列出一些核心库：

1）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。

2）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。

3）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。

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

5）SGL——基本的2D图形引擎。

6）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。

7）FreeType——位图和矢量字体渲染。

8）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。

图2-10 Linux内核

(www.xing528.com)

图2-11 Android Libraries和Android Runtime

（3）Android Runtime

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虚拟机构（.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虚拟机取决于Linux内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。

（4）Application Framework

通过提供开放的开发平台，Android使开发者能够编制极其丰富和新颖的应用程序。开发者可以自由地利用设备硬件优势、访问位置信息、运行后台服务、设置闹钟、向状态栏添加通知等。开发者可以完全使用核心应用程序所使用的框架APIs。应用程序的体系结构旨在简化组件的重用，任何应用程序都能发布他的功能且任何其他应用程序可以使用这些功能（需要服从框架执行的安全限制）。这一机制允许用户替换组件。

所有的应用程序其实是一组服务和系统，如图2-12所示，包括：

1）视图系统（View System）——丰富的、可扩展的视图集合，可用于构建一个应用程序，包括列表、网格、文本框、按钮，甚至是内嵌的网页浏览器。

2）内容提供者（Content Providers）——使应用程序能访问其他应用程序（如通信录）的数据，或共享自己的数据。

3）资源管理器（Resource Manager）——提供访问非代码资源，如本地化字符串、图形和布局文件。

4）通知管理器（Notification Manager）——使所有的应用程序能够在状态栏显示自定义警告。

5）活动管理器（Activity Manager）——管理应用程序生命周期，提供通用的导航回退功能。

6）电话管理器（Telephony Manager）——手机一般都是有一个应用处理器加上一个调制解调器组成，应用处理器用于界面操作和内容管理，而调制解调器用于打电话，发送短信等通信工作。该模块用于通信管理，包括收发短信，接打电话，GPRS上网等。

7）位置管理器（Location Manager）：GPS等定位设备的服务模块，为应用程序提供位置服务。

图2-12 Android Application Framework

（5）Applications

Android装配一个核心应用程序集合，如图2-13所示，包括电子邮件客户端、SMS程序、日历、地图、浏览器、联系人和其他设置。所有应用程序都是用Java编程语言写的。

Android所提供的这些应用程序和设计者开发的程序是平等的，用户完全可以像卸载普通程序一样卸载掉短信收发软件，打电话软件等。这在很多其他手机上是不可以的，因为这些程序用于“系统程序”的等级；而在Android上，设备都一样，用户甚至可以重新定义桌面程序。

图2-13 Android Applications