《Android Studio应用开发实战详解》——第1章,第1.3节Android系统架构-阿里云开发者社区

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《Android Studio应用开发实战详解》——第1章,第1.3节Android系统架构

简介:
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本节书摘来自异步社区《Android Studio应用开发实战详解》一书中的第1章,第1.3节Android系统架构,作者 王翠萍,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.3 Android系统架构
Android系统是一个移动设备的开发平台,其软件层次结构包括操作系统(OS)、中间件(Middle Ware)和应用程序(Application)。根据Android的软件框图,其软件层次结构自下而上依次分为以下4层。

(1)操作系统层(OS)。

(2)各种库(Libraries)和Android运行环境(RunTime)。

(3)应用程序框架(Application Framework)。

(4)应用程序(Application)。

上述各个层的具体结构如图1-2所示。


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图1-2 Android操作系统的组件结构图

在本节的内容中,将详细讲解Android系统各个层次的基本知识。

1.3.1 最底层的操作系统层(OS)——C/C++实现
Android系统的底层内核基于Linux操作系统,当前最新版本的Android的核心为标准Linux 3.10内核。Android底层的操作系统层(OS)使用C和C++语言编写实现,其实Android系统就是Linux系统,只是Android系统充分利用了已有的机制,尽量使用标准化的内容,如驱动程序,并且做出必要的扩展。Android灵活充分使用了内核到用户空间的接口,这主要表现在字符设备节点、Sys文件系统、Proc文件系统和不增加系统调用。

在Android系统中,包含的内核组件如下所示:

Binder驱动程序(用户IPC机制);
Logger驱动程序(用户系统日志);
timed_output驱动框架;
timed_gpio驱动程序;
lowmemorykill组件;
ram_console组件;
Ashmem驱动程序;
Alarm驱动程序;
pmem驱动程序;
ADB Garget驱动程序;
Android Paranoid网络。

1.3.2 Android的硬件抽象层——C/C++实现
其实Android生态系统的架构十分清晰,自下而上经典的模型分别为:Linux驱动、Android硬件抽象层、Android本地框架、Android的Java框架、Android的Java应用程序。因为Android系统需要运行于在不同的硬件平台上,所以需要具有很好的可移植性。其中Android系统的硬件抽象层负责建立Android系统和硬件设备之间的联系。

对于标准化比较高的子系统来说,Android系统使用完全标准的Linux驱动,例如输入设备(Input-Event)、电池信息(Power Supply)、无线局域网(WiFi协议和驱动)和蓝牙(Bluetooth协议和驱动)。

对于Android系统的硬件抽象层来说,主要实现了与移动设备相关的驱动程序,主要包含了如下所示的驱动系统。

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):是基于MTD的Flash驱动程序。
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):作为输入设备的键盘驱动。
蓝牙驱动(Bluetooth Driver):基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术。
Binder IPC驱动:Andoid一个特殊的驱动程序,具有单独的设备节点,提供进程间通信的功能。
Power Management(能源管理):管理电池电量等信息。

1.3.3 各种库(Libraries)和Android运行环境(RunTime)——中间层
可以将Android系统的中间层次分为两个部分,一个是各种库,另一个是Android运行环境。Android系统的中间层次的内容大多是使用C实现的,其中包含如下所示的各种库。

C库:C语言的标准库,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,一部分是音频、视频的回放(PlayBack),另一部分是则是音视频的记录(Recorder)。
SGL:2D图像引擎。
SSL:即Secure Socket Layer位于TCP/IP与各种应用层协议之间,为数据通信提供安全支持。
OpenGL ES:提供了对3D图像的支持。
界面管理工具(Surface Management):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。
在Android系统中,各种库一般以系统中间件的形式提供,它们都有一个显著的特点:与移动设备的平台的应用密切相关。

在以前的版本中,Android运行环境主要是指Android虚拟机技术:Dalvik。Dalvik虚拟机与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)中的执行文件。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。

从Android 4.4开始,默认的运行环境是ART。ART的机制与Dalvik不同。在Dalvik机制下,应用每次运行的时候,字节码都需要通过即时编译器转换为机器码,这会拖慢应用的运行效率。而在ART环境中,应用在第一次安装的时候,字节码就会预先编译成机器码,使其成为真正的本地应用。这个过程叫作预编译(Ahead-Of-Time,AOT)。这样,应用的启动(首次)和执行都会变得更加 快速。

1.3.4 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,例如:Views(视图组件),其中又包括了List(列表)、Grid(栅格)、Text Box(文本框)和Button(按钮)等,甚至一个嵌入式的Web浏览器。

作为一个基本的Andoid应用程序,可以利用应用程序框架中的以下5个部分来构建。

Activity(活动)。
Broadcast Intent Receiver(广播意图接收者)。
Service(服务)。
Content Provider(内容提供者)。
Intent and Intent Filter(意图和意图过滤器)。

1.3.5 应用程序(Application)——Java实现
Android的应用程序主要是用户界面(User Interface)方面的,通过浏览Android系统的开源代码可知,应用层是通过Java语言编码实现的,其中还包含了各种资源文件(放置在res目录中)。Java程序和相关资源在经过编译后,会生成一个APK包。Android本身提供了主屏幕(Home)、联系人(Contact)、电话(Phone)和浏览器(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。

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