Android系统架构及内核简介
（来源于ThinkPHP）
Android是Google公司开发的基于Linux平台的开源⼿机操作系统，它包括操作系统、中间件、⽤户界⾯和应⽤程序,⽽且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专利权障碍，并由Google公司于2007年11⽉5⽇正式发布。同时,Google公司组建了⼀个开放⼿机联盟，这个联盟由中国移动、摩托罗拉、⾼通、宏达电和T-Mobile等在内的全球30多家技术和⽆线应⽤的领军企业组成,Google通过与运营商、设备制造商、开发商和其他有关各⽅结成深层次的合作伙伴关系，希望借助建⽴标准化、开放式的移动电话软件平台，在移动产业内形成⼀个开放式的⽣态系统；可预见地,⽣产和使⽤基于 Android系统的嵌⼊式⼿持移动设备将是未来的发展趋势，对相应软件的需求量也将⽇趋增长，因此对Android系统内部作⼀个完整和深⼊的分析，对基于Android平台的软件移植和开发是很有益处的。
1　Android系统平台架构
对操作系统⽽⾔，必须做到设计合理、层次分明，同时还需考虑整个系统的结构要聚耦适当,Android系统是基于linux内核的，因此还必须具备开源的特性，以符合开源⼈员共同⼯作。
从系统的组成要件来讲,Android平台架构包括硬件设备、板级⽀持包、驱动程序、操作系统内核、程序运
⾏库，运⾏框架，应⽤程序等，它们的有机结合和协同⼯作共同完成了整个系统的正常运⾏和对事务的处理。
依据Google开源资料可知，整个系统由Linux内核、程序库、Android Runtime、应⽤程序框架和应⽤程序等5部分组成，，系统架构如图1所⽰。
参照图1，由上⽽下对组成系统各部分的主要组件作以下描述。在安卓手机上运行php
1.1　Linux内核
Android基于Linux 2.6内核，但并⾮完全照搬内核,⽽是对内核作了部分增删和修改，在Linux 2.6内核的基础上,Android核⼼系统实现了安全性、内存管理、进程管理、⽹络协议栈和驱动模型等功能,Linux内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。
①硬件驱动程序：完成与各种硬件的通信,Linux内核提供了⼤部分设备的驱动程序，如显⽰屏，摄像头，内存，键盘,⽆线⽹络,⾳频设备，电源等组件。
②系统内存管理：对所有可⽤的内存进⾏统⼀编码管理，定义⼀整套内存定位，使⽤与回收的策略。
③系统进程管理：内核管理进程的创建与销毁，管理进程间的通信，以及采取必要的措施避免死锁等内容。
④⽹络管理系统:⽆线⽹络设备⼯作原理，内核掌控如何读取⽹络设备中的缓存数据。
1.2　程序库
程序库是指可供使⽤的各种标准程序、⼦程序、⽂件以及它们的⽬录等信息的有序集合,Android包含⼀些C/C++库,Android系统中不同的组件通过应⽤程序框架可以使⽤这些库，以下是⼀些核⼼库:
Surface Manager：管理显⽰⼦系统，并且为多个应⽤程序提供2D和3D图层的⽆缝融合;
Media Framework：基于OpenCORE的多媒体框架,⽀持多种常⽤的⾳频、视频格式⽂件的回放和录制，同时⽀持静态图像⽂件。
SQLite:⼀个对于所有应⽤程序可⽤，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
OpenGL ES:3D图形库,⽤于3D图形渲染，该库可以使⽤3D硬件加速。
FreeType：位图(Bitmap)和⽮量(Vector)字体显⽰。
WebKit:⽀持Android浏览器和⼀个可嵌⼊的Web视图。
SGL:2D图形库,⽤于2D图形渲染。
LibC:⼀个从BSD继承的标准C系统函数库，它是专门为基于嵌⼊式Linux设备定制的。
1.3　Android运⾏库(Android Runtime)
Android运⾏库包括两部分:⼀是核⼼库,⼆是⾃⾝的虚拟机。
核⼼库提供Java编程语⾔核⼼库的⼤多数功能。Dalvik虚拟机是Google专为Android开发的,⽐SunJava虚拟机的效率更⾼，功能也更为复杂，以更好的⽀撑Android平台，并拥有独⽴的版权。每⼀个Android应⽤程序都在⾃⼰的进程中运⾏，都拥有⼀个独⽴的Dalvik虚拟机实例, Dalvik 虚拟机执⾏.dex的可执⾏⽂件，该格式⽂件针对⼩内存的使⽤进⾏了优化，同时虚拟机是基于寄存器实现的，所有的类由Java编译器编译，然后通过SDK中的相应⼯具转化成.dex格式，最后由虚拟机执⾏。
1.4　应⽤程序框架
应⽤程序框架是指定义了⼀个应⽤程序运⾏所必须的全部功能组件，开发者也可以访问核⼼应⽤程序所使⽤的API框架。该应⽤程序的架构设计简化了组件的重⽤；任何⼀个应⽤程序都可以发布它的功能块，并且任何其他的应⽤程序都可以使⽤其所发布的功能块(应该遵循框架的安全性限制)。同样，该应⽤程序的重⽤机制也使⽤户可以⽅便地替换程序组件。
隐藏在每个应⽤后⾯的是⼀系列的服务和系统，其中包括:
活动管理器(Activity Manager):⽤来管理应⽤程序⽣命周期，并且提供常⽤的导航回退功能。
丰富⽽⼜可扩展的视图(Views)：可以⽤来构建应⽤程序，它包括列表(Lists)、⽹格(Grids)、⽂本框
(Text Boxes)、按钮(Buttons)，甚⾄包括可嵌⼊的Web浏览器。
内容提供器(Content Providers)：使得应⽤程序可以访问另⼀个应⽤程序的数据，或者可以共享它们⾃⼰的数据。
资源管理器(Resource Manager)：提供⾮代码资源的访问，如本地字符串、图形和布局⽂件(Layout Files)。
通知管理器(Notification Manager)：使得应⽤程序可以在状态栏中显⽰⾃定义的提⽰信息。
Android程序框架体显了“统⼀”与“兼容”的原则，其优势归纳为:
①任何⼀个应⽤程序都可以发布它的功能块。
②所有的应⽤程序在Android平台上都是平等的。
③所有的应⽤程序与资源都被按类别进⾏分别管理。
④所有程序各司其职。
1.5　应⽤程序
Android系统发布时，会同⼀系列核⼼应⽤程序和常⽤程序⼀起发布，如常⽤的⼿机功能程序，包括语⾳电话、通讯录、短信收发、照相、话机设置等；数据应⽤程序，包括邮件⼯具,⽇程表，浏览器，地图导航等，以及Android Market上的各种应⽤程序；所有的应⽤程序都是使⽤Java语⾔编
写。
2　Android内核
Android内核基于Linux2.6内核作了部分修改和增删，是⼀个增强内核版本，除了修改部分Bug外，它还提供了⽤于⽀持Android平台的设备驱动，与标准的Linux内核⽐较、分析可知其内核的全貌和基本结构，下⾯对基于Android修改的核⼼驱动作初步阐述:
2.1　系统进程管理
Android平台的进程间通讯基于Binder机制实现，它提供了⼀种进程间通信的⽅法，即⼀个进程可以以类似远程过程调⽤的形式调⽤另⼀个进程所提供的功能，然后带着执⾏的结果返回。Android Binder是基
于Service与Client的，有⼀个ServiceManager的守护进程管理着系统的各个服务，它负责监听是否有其他程序向其发送请求，如果有请求就响应，每个服务都要在ServiceManager中注册,⽽请求服务的客户端去ServiceManager请求服务。
2.2　内存管理
低内存管理器(Low Memory Killer)：相对于Linux标准OOM(Out Of Memory)机制更加灵活，它可以根据需要杀死进程来释放需要的内存。匿名共享内存(ashmem)：为进程间提供⼤块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。Android PMEM(Physical):PMEM⽤于向⽤户空间提供连续的物理内存区域,DSP和某些设备只能⼯作在连续的物理内存上。
2.3　⽂件系统管理
Android平台采⽤Yaffs2作为MTD nand flash⽂件系统,Yaffs2是⼀个快速稳定的应⽤于NAND和NOR Flash的跨平台的嵌⼊式设备⽂件系统，同其他Flash⽂件系统相⽐,Yaffs2使⽤更⼩的内存来保存它的运⾏状态，因此它占⽤内存⼩;Yaffs2的垃圾回收⾮常简单⽽且快速，因此能达到更好的性能;Yaffs2在⼤容量的NAND Flash上性能表现尤为明显,⾮常适合⼤容量的Flash存储。
2.4　时钟管理
Android Alarm，提供了⼀个定时器⽤于把设备从睡眠状态唤醒，同时它也提供了⼀个即使在设备睡眠时也会运⾏的时钟基准,Android timed device，提供了对设备进⾏定时控制功能,⽬前⽀持vibrator和LED设备。
2.5　电源管理
Android电源管理(PM),⼀个基于标准Linux电源管理系统的轻量级的Android电源管理驱动，针对嵌⼊式设备做了很多优化。
2.6　USB管理
Android的USB驱动是基于gaeget框架的,USB Gadget驱动是⼀个基于标准Linux USB gadget驱动框架的设备驱动。
2.7　系统⽇志管理
Android Logger,⼀个轻量级的⽇志设备,⽤于抓取Android系统的各种⽇志。
3　结束语
Android是⼀款开放的、基于Linux内核的嵌⼊式操作系统，将被⼴泛地应⽤到各种移动⼿持设备中，充分发挥其强⼤的⽹络功能；由于开源的特性,Android不区分核⼼应⽤程序和第三⽅应⽤程序，并可⾃由的吸纳新出现的尖端技术；同时,Android提供⼴泛⽽实⽤的函数库和⼯具，利⽤它们可以开发丰富的应⽤程序。由此可以展望，基于开放⼿机联盟(Open Handset Alliance)平台强⼤的技术实⼒和市场推⼴,Android系统在移动嵌⼊式领域的应⽤将会⾮常⼴阔。

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