Android運行機制

1、 Android平臺各層

Android平臺架構圖，以下圖：由上到下依次爲應用程序、應用程序框架、庫、Android運行時、Linux內核。

 

一、Linux內核:

 Android系統基於Linux內核，可是Android不是Linux。沒有本地的窗口系統。沒有glibc庫的支持。不包括完整的標準Linux工具集。標準的Linux 2.6.24內核。內核加強補丁來支持Android。

(1) Linux內核具備強大的內核和進程管理。基於權限的安全模型。可靠的驅動模型。支持共享庫。已是開源的。

(2)內核加強： Alarm， Ashmem， Binder， Power Management， Low Memory Killer， Kernel Debugger， Logger

Binder(IPC)驅動介紹

問題： 應用和服務會運行在各自的進程當中，而進程之間必需要通訊和共享數據。而IPC（進程間通訊）會引入巨大的處理開銷和安全漏洞。

解決方法： 使用驅動來協助進程間通訊（IPC）。經過共享內存來得到高性能。對於處理請求，每一個進程一個線程池。引用計數，對象的引用是跨進程映射的。進程之間是同步調用。

Binder的實現機制以下圖所示：

Android的接口定義語言（AIDL）見：http://developer.android.com/guide/components/aidl.html

PowerManager介紹

問題： 移動設備是依賴電池供電來運行的，電池只有有限的容量。

解決方法： 基於Linux的功率管理（PM）構建更增強大的功率管理策略經過"wake locks"來進行功率管理支持不一樣類型的wake locks。

Android中的PM實現： 以下圖中所示

Android內核源碼能夠經過以下http://git.android.com獲取

2 、本地庫

本地庫包括： Bionic Libc，  Function Libraries，  Native Servers，  Hardware Abstraction Libraries

(1)Bionic：定製的libc實現，優化用於嵌入式。

爲何選用Bionic？ 爲何要構建一個定製的libc庫呢？

主要從以下方面考慮：

許可證：從用戶角度，保持GPL許可。

大小：因爲將加載到各個進程，因此須要比較小。

速率：有限的CPU能力意味着咱們須要足夠的快。

對於Bionic libc： BSD許可小而快的代碼路徑很是快和小的定製的pthread實現內置支持重要的特定Androud服務，像

1）系統屬性，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。與GNU Libc（glibc）不兼容。因爲Native代碼必須依賴bionic來進行編譯。

(2)功能庫（Function Libraries）

[1]WebKit ：基於開源的WebKit瀏覽器：在全視圖渲染頁徹底支持CSS，Javascript，DOM，AJAX支持單列和自適應的視圖渲染 。

[2]Media Framework： 基於PacketVideo公司的OpenCORE平臺。支持多種音頻、視頻、圖像文件。

[3]SQLite：輕量級事務性數據存儲，是大多數平臺的後端數據存儲 ，是輕量級關係數據庫引擎。

(3)Native Servers 主要有兩大類Surface Flinger（Surface Manager）和Audio Flinger （Audio Manager）

[1]Surface Flinger：提供系統範圍的外觀「組合器」，處理全部的外觀渲染到幀buffer設備中。能夠結合2D與3D外觀和多個應用的外觀。Surfaces傳遞是做爲Buffer來經過Binder IPC調用。可使用OpenGL ES和2D硬件加速器做爲其組成部分。使用page-flip的雙buffer機制。

管理多個應用程序同時執行，各個應用程序之間的顯示與存取，而且爲多個應用程序提供2D和3D圖層的無縫融合。

以下圖展現所示

[2]Audio Flinger： 管理全部的audio輸出設備。處理多個audio流到PCM audio 輸出路徑。處理audio路由到各個輸出。

以下圖示意

(4)硬件抽象層（Hardware Abstraction Libraries，HAL） ，在Android系統層次結構中的位置，以下圖所示。

該層具備以下特色： 用戶空間C/C++庫層。定義了接口，以便讓Android請求硬件「驅動」來實現。分離了Android平臺邏輯和硬件接口。

那麼爲何在Android中須要一個用戶空間的HAL呢？

主要有以下緣由： 不是全部的組件具備標準的內核驅動接口；內核驅動是GPL的，其將暴露了全部的知識產權；Android對於硬件驅動具備特定的要求。 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);

 庫在runtime時按需動態加載

dlHandle = dlopen(「/system/lib/libacme.so」, RTLD_NOW);
...
acmeInit = (const AcmeFunctions *(*)(const struct Env *, 
int, char **))dlsym(dlHandle, 」Acme_Init);
...
acmeFuncs = acmeInit(&env, argc, argv);

3.Android Runtime（Android運行時）

(1)  核心庫（Core Libraries）：包括Java語言所須要的基本函數以及Android的核心庫。與標準Java不同的是，系統爲每一個應用程序提供單獨的Dalvik虛擬機執行，即每一個應用程序擁有本身單獨的線程。Java語言的Core APIs提供了功能強大的，而且簡單和熟悉的開發平臺。數據結構（Data Structure）工具（Utilities）文件訪問（File Access）網絡訪問（Network Access）圖形（Graphics）...

(2)Dalvik虛擬機： 是Android中定製的淨化實現的虛擬機。大多數虛擬機（包括JVM）都是基於棧的，Dalvik虛擬機是基於寄存器的。

因爲以下特色：

[1]提供了應用程序的可移植性和運行時的一致性；

[2]運行優化的文件格式（.dex）和Dalvik字節；

[3]Java .class/ .jar文件在構建時轉換爲.dex格式 ;

[4]Dalvik設計用於嵌入式環境;

[5]在每一個設備上支持多個虛擬機進程；

[6]高度優化CPU的字節碼解釋器；

[7]高效的使用runtime內存。

4. 應用框架（Application Frameworks）

對於開發人員來說，接觸最多的便是該層。

(1)核心平臺服務（Core Platform Services）

具備以下特性： 對於Android平臺來講，服務（Services）是必需的。在後臺 —— 應用不會直接訪問它們。

主要平臺服務： Activity Manager，Package Manager，Window Manager，Resource Manager，Content Providers，View System

(2)硬件服務（Hardware Services） 提供訪問底層的硬件APIs。典型地經過局部的Manager對象來訪問。

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

主要硬件服務： Telephony Service，Location Service，Bluetooth Service，WIFI Service，USB Service，Sensor Service

更多的關於應用框架的信息參考： Google I/O ：「Inside the Androoid Application Framework」Online ：http://code.google.com/android

五、Applications（應用程序層）

本層全部應用程序都用java編寫，通常狀況下，不少應用程序都是在同一系列的核心應用程序包中一塊兒發佈的。

主要包括：撥號程序、瀏覽器、音樂播放器、通信錄等等。該層的程序是徹底平等的，開發人員可任意將自帶應用程序替換爲本身的應用程序。

2、Android運行機制

1. 啓動流程 全部從"init"開始... 與大多數的基於Linux系統在啓動階段相似，bootLoader加載"Linux內核"，而後開始"init"進程。
(1)init啓動Linux守護進程，包括：

[1]USB守護進程（usbd）：來管理USB鏈接Android調試橋守護進程；

[2]adbd：來管理ADB鏈接調試器守護進程；

[3]debuggerd：來管理調試進程請求（dump memory等等）；

[4]射頻接口層守護進程（rild）：來管理與射頻的通訊。

(2)Init進程啓動zygote進程： 一個新生的進程初始化一個Dalvik VM（虛擬機）實例加載類，並監聽socket端口用於請求建立VMs實例Forks請求建立VM實例用於管理進程寫時複製（Copy-on-write）來最大化重用和最小化覆蓋

(3)init進程啓動runtime進程： 初始化Service Manager——上下文管理器用於binder來處理service註冊和查詢註冊Service Manager做爲缺省的上下文管理用於Binder

(4)Runtime進程發送請求給Zygote來啓動System Service

(5)接着Zygote進程fork一個新的VM實例用於System Service進程，而後啓動該service。

(6)System Service啓動本地系統服務器，包括： Surface Flinger,Audio Flinger

(7)本地system servers註冊Servicee Manager做爲IPC service目標：

(8)System Service啓動Android管理服務：

(9)Android管理服務註冊到Service Manager中：

(10)到此，整個Android系統的啓動後：

(11)System Server加載完全部的services後， 系統準備...

2. 層間交互（Layer Interaction）

主要有以下三種類型的交互：

App -> Runtime Service -> lib；

App -> Runtime Service -> Native Service -> lib；

App -> Runtime Service -> Native Daemon -> lib 。

Android Runtime Services:

舉例：Location Manager

Android Native Services：

舉例：

Daemon Connection：

舉例：RILD