android系統架構分析
阿新 • • 發佈：2019-01-11
我們對android有了個大致的瞭解，知道如何搭建android的環境及簡單地寫一個HelloWorld程式，而且知道一個android專案包括哪些資料夾和檔案及相應的作用。本篇將站在頂級的高度——架構，來看android。我開篇就說了，這個系列適合0基礎的人且我也是從0開始按照這個步驟來學的，談架構是不是有點螳臂擋車，自不量力呢？我覺得其實不然，如果一開始就對整個android的架構瞭然於胸，就不會誤入歧途，能夠很好地把握全域性。
1、架構圖直觀
2、架構詳解
現在我們拿起手術刀來剖析各個部分。其實這部分SDK文件已經幫我們做得很好了，我們要做的就是拿來主義，然後再加上自己理解。下面自底向上分析各層結構。
2.1、Linux Kernel
Android基於Linux 2.6提供核心系統服務，例如：安全、記憶體管理、程序管理、網路堆疊、驅動模型。Linux Kernel也作為硬體和軟體之間的抽象層，它隱藏具體硬體細節而為上層提供統一的服務。
如果你學過計算機網路知道OSI/RM，就會知道分層的好處就是使用下層提供的服務而為上層提供統一的服務，遮蔽本層及以下層的差異，當本層及以下層發生了變化不會影響到上層。也就是說各層各司其職，各層提供固定的SAP（Service Access Point），專業點可以說是高內聚、低耦合。
如果只是做應用開發，就不需要深入瞭解Linux Kernel層。
2.2、Android Runtime
Android包含一個核心庫的集合，提供大部分在Java程式語言核心類庫中可用的功能。每一個Android應用程式是Dalvik虛擬機器中的例項，執行在他們自己的程序中。Dalvik虛擬機器設計成，在一個裝置可以高效地執行多個虛擬機器。Dalvik虛擬機器可執行檔案格式是.dex，dex格式是專為Dalvik設計的一種壓縮格式，適合記憶體和處理器速度有限的系統。
大多數虛擬機器包括JVM都是基於棧的，而Dalvik虛擬機器則是基於暫存器的。兩種架構各有優劣，一般而言，基於棧的機器需要更多指令，而基於暫存器的機器指令更大。dx 是一套工具，可以將 Java .class 轉換成 .dex 格式。一個dex檔案通常會有多個.class。由於dex有時必須進行最佳化，會使檔案大小增加1-4倍，以ODEX結尾。
Dalvik虛擬機器依賴於Linux 核心提供基本功能，如執行緒和底層記憶體管理。
2.3、Libraries
Android包含一個C/C++庫的集合，供Android系統的各個元件使用。這些功能通過Android的應用程式框架（application framework）暴露給開發者。下面列出一些核心庫：
Surface Manager、介面管理——管理訪問顯示子系統和無縫組合多個應用程式的二維和三維圖形層
Media Framework、媒體庫——基於PacketVideo的OpenCORE。這些庫支援播放和錄製許多流行的音訊和視訊格式，以及靜態影象檔案，包括MPEG4、 H.264、 MP3、 AAC、 AMR、JPG、 PNG
SQLite、所有應用程式都可以使用的強大而輕量級的關係資料庫引擎
Open GL/ES、3D庫——基於OpenGL ES 1.0 APIs的實現。庫使用硬體3D加速或包含高度優化的3D軟體光柵
FreeType、點陣圖和向量字型渲染
WebKit、LibWebCore——新式的Web瀏覽器引擎,驅動Android 瀏覽器和內嵌的web檢視
SGL、基本的2D圖形引擎
SSL、安全套接層協議
libc、系統C庫——標準C系統庫（libc）的BSD衍生，調整為基於嵌入式Linux裝置
2.4、Application Framework
通過提供開放的開發平臺，Android使開發者能夠編制極其豐富和新穎的應用程式。開發者可以自由地利用裝置硬體優勢、訪問位置資訊、執行後臺服務、設定鬧鐘、向狀態列新增通知等等，很多很多。
開發者可以完全使用核心應用程式所使用的框架APIs。應用程式的體系結構旨在簡化元件的重用，任何應用程式都能釋出他的功能且任何其他應用程式可以使用這些功能（需要服從框架執行的安全限制）。這一機制允許使用者替換元件。
所有的應用程式其實是一組服務和系統，包括：
活動管理器（Activity Manager）——管理應用程式生命週期,提供通用的導航回退功能
視窗管理器（Window Manager）——整個Android的視窗機制是基於一個叫做 WindowManager，這個介面可以新增view到螢幕，也可以從螢幕刪除view。它面向的物件一端是螢幕，另一端就是View，直接忽略我們以前的Activity或者Dialog之類的東東。其實我們的Activity或者Diolog底層的實現也是通過WindowManager，這個 WindowManager是全域性的，整個系統就是這個唯一的東東。它是顯示View的最底層了。
內容提供者（Content Providers）——使應用程式能訪問其他應用程式（如通訊錄）的資料，或共享自己的資料
檢視（View System）——豐富的、可擴充套件的檢視集合，可用於構建一個應用程式。包括包括列表、網格、文字框、按鈕，甚至是內嵌的網頁瀏覽器
通知管理器（Notification Manager）——使所有的應用程式能夠在狀態列顯示自定義警告
應用程式包管理器（Package Manager）——Android系統為我們提供了很多服務管理類，包括ActivityManager、PowerManager(電源管理)、AudioManager(音訊管理)。PackageManager主要是管理應用程式包，通過它就可以獲取應用程式資訊。
手機通訊管理器（Telephony Manager）——TelephonyManager類主要提供了一系列用於訪問與手機通訊相關的狀態和資訊的get方法。其中包括手機SIM的狀態和資訊、電信網路的狀態及手機使用者的資訊。在應用程式中可以使用這些get方法獲取相關資料。
資源管理器（Resource Manager）——提供訪問非程式碼資源，如本地化字串、圖形和佈局檔案
位置服務管理器（Location Manager）——LocationManager系統服務是位置服務的核心元件，它提供了一系列方法來處理與位置相關的問題，包括查詢上一個已知位置、註冊和登出來自某個LocationProvider的週期性的位置更新、註冊和登出接近某個座標時對一個已定義的Intent的觸發等。今天我們就一起探討一下LocationManager的簡單應用。
後臺攝像頭服務（XMPP Service）——線上即時交流軟體的通用程序
2.5、Applications
Android裝配一個核心應用程式集合，包括電子郵件客戶端、SMS程式、日曆、地圖、瀏覽器、聯絡人和其他設定。所有應用程式都是用Java程式語言寫的。更加豐富的應用程式有待我們去開發！
3、總結
從上面我們知道Android的架構是分層的，非常清晰，分工很明確。Android本身是一套軟體堆疊(Software Stack)，或稱為「軟體疊層架構」，疊層主要分成三層：作業系統、中介軟體、應用程式。從上面我們也看到了開源的力量，一個個熟悉的開源軟體在這裡貢獻了自己的一份力量。
1、架構圖直觀
下面這張圖展示了Android系統的主要組成部分：
2、架構詳解
現在我們拿起手術刀來剖析各個部分。其實這部分SDK文件已經幫我們做得很好了，我們要做的就是拿來主義，然後再加上自己理解。下面自底向上分析各層結構。
2.1、Linux Kernel
Android基於Linux 2.6提供核心系統服務，例如：安全、記憶體管理、程序管理、網路堆疊、驅動模型。Linux Kernel也作為硬體和軟體之間的抽象層，它隱藏具體硬體細節而為上層提供統一的服務。
如果你學過計算機網路知道OSI/RM，就會知道分層的好處就是使用下層提供的服務而為上層提供統一的服務，遮蔽本層及以下層的差異，當本層及以下層發生了變化不會影響到上層。也就是說各層各司其職，各層提供固定的SAP（Service Access Point），專業點可以說是高內聚、低耦合。
如果只是做應用開發，就不需要深入瞭解Linux Kernel層。
2.2、Android Runtime
Android包含一個核心庫的集合，提供大部分在Java程式語言核心類庫中可用的功能。每一個Android應用程式是Dalvik虛擬機器中的例項，執行在他們自己的程序中。Dalvik虛擬機器設計成，在一個裝置可以高效地執行多個虛擬機器。Dalvik虛擬機器可執行檔案格式是.dex，dex格式是專為Dalvik設計的一種壓縮格式，適合記憶體和處理器速度有限的系統。
大多數虛擬機器包括JVM都是基於棧的，而Dalvik虛擬機器則是基於暫存器的。兩種架構各有優劣，一般而言，基於棧的機器需要更多指令，而基於暫存器的機器指令更大。dx 是一套工具，可以將 Java .class 轉換成 .dex 格式。一個dex檔案通常會有多個.class。由於dex有時必須進行最佳化，會使檔案大小增加1-4倍，以ODEX結尾。
Dalvik虛擬機器依賴於Linux 核心提供基本功能，如執行緒和底層記憶體管理。
2.3、Libraries
Android包含一個C/C++庫的集合，供Android系統的各個元件使用。這些功能通過Android的應用程式框架（application framework）暴露給開發者。下面列出一些核心庫：
Surface Manager、介面管理——管理訪問顯示子系統和無縫組合多個應用程式的二維和三維圖形層
Media Framework、媒體庫——基於PacketVideo的OpenCORE。這些庫支援播放和錄製許多流行的音訊和視訊格式，以及靜態影象檔案，包括MPEG4、 H.264、 MP3、 AAC、 AMR、JPG、 PNG
SQLite、所有應用程式都可以使用的強大而輕量級的關係資料庫引擎
Open GL/ES、3D庫——基於OpenGL ES 1.0 APIs的實現。庫使用硬體3D加速或包含高度優化的3D軟體光柵
FreeType、點陣圖和向量字型渲染
WebKit、LibWebCore——新式的Web瀏覽器引擎,驅動Android 瀏覽器和內嵌的web檢視
SGL、基本的2D圖形引擎
SSL、安全套接層協議
libc、系統C庫——標準C系統庫（libc）的BSD衍生，調整為基於嵌入式Linux裝置
2.4、Application Framework
通過提供開放的開發平臺，Android使開發者能夠編制極其豐富和新穎的應用程式。開發者可以自由地利用裝置硬體優勢、訪問位置資訊、執行後臺服務、設定鬧鐘、向狀態列新增通知等等，很多很多。
開發者可以完全使用核心應用程式所使用的框架APIs。應用程式的體系結構旨在簡化元件的重用，任何應用程式都能釋出他的功能且任何其他應用程式可以使用這些功能（需要服從框架執行的安全限制）。這一機制允許使用者替換元件。
所有的應用程式其實是一組服務和系統，包括：
活動管理器（Activity Manager）——管理應用程式生命週期,提供通用的導航回退功能
視窗管理器（Window Manager）——整個Android的視窗機制是基於一個叫做 WindowManager，這個介面可以新增view到螢幕，也可以從螢幕刪除view。它面向的物件一端是螢幕，另一端就是View，直接忽略我們以前的Activity或者Dialog之類的東東。其實我們的Activity或者Diolog底層的實現也是通過WindowManager，這個 WindowManager是全域性的，整個系統就是這個唯一的東東。它是顯示View的最底層了。
內容提供者（Content Providers）——使應用程式能訪問其他應用程式（如通訊錄）的資料，或共享自己的資料
檢視（View System）——豐富的、可擴充套件的檢視集合，可用於構建一個應用程式。包括包括列表、網格、文字框、按鈕，甚至是內嵌的網頁瀏覽器
通知管理器（Notification Manager）——使所有的應用程式能夠在狀態列顯示自定義警告
應用程式包管理器（Package Manager）——Android系統為我們提供了很多服務管理類，包括ActivityManager、PowerManager(電源管理)、AudioManager(音訊管理)。PackageManager主要是管理應用程式包，通過它就可以獲取應用程式資訊。
手機通訊管理器（Telephony Manager）——TelephonyManager類主要提供了一系列用於訪問與手機通訊相關的狀態和資訊的get方法。其中包括手機SIM的狀態和資訊、電信網路的狀態及手機使用者的資訊。在應用程式中可以使用這些get方法獲取相關資料。
資源管理器（Resource Manager）——提供訪問非程式碼資源，如本地化字串、圖形和佈局檔案
位置服務管理器（Location Manager）——LocationManager系統服務是位置服務的核心元件，它提供了一系列方法來處理與位置相關的問題，包括查詢上一個已知位置、註冊和登出來自某個LocationProvider的週期性的位置更新、註冊和登出接近某個座標時對一個已定義的Intent的觸發等。今天我們就一起探討一下LocationManager的簡單應用。
後臺攝像頭服務（XMPP Service）——線上即時交流軟體的通用程序
2.5、Applications
Android裝配一個核心應用程式集合，包括電子郵件客戶端、SMS程式、日曆、地圖、瀏覽器、聯絡人和其他設定。所有應用程式都是用Java程式語言寫的。更加豐富的應用程式有待我們去開發！
3、總結
從上面我們知道Android的架構是分層的，非常清晰，分工很明確。Android本身是一套軟體堆疊(Software Stack)，或稱為「軟體疊層架構」，疊層主要分成三層：作業系統、中介軟體、應用程式。從上面我們也看到了開源的力量，一個個熟悉的開源軟體在這裡貢獻了自己的一份力量。