Android系統架構簡介

時間：2024-10-28 14:06:43 系統架構師

Android系統架構簡介

　　目前Android的Linux kernel控制包括安全、存儲器管理、進程管理、網絡堆疊、驅動程序模型等。下載Android源碼之前，先要安裝其構建工具Repo來初始化源碼。Repo是Android用來輔助Git工作的一個工具。

　　應用程序

　　Android系統是基于Linux內核開發，使用Java作編程語言，使界面到功能，都有層出不窮的變化，其中Activity等同于J2ME的MIDlet，一個Activity類別負責創建視窗，一個活動中的Activity就是在foreground(前景)模式，背景執行的程序叫做Service。兩者之間透過由ServiceConnection和AIDL連結，達到復數程序同時執行的效果。如果執行中的Activity全部畫面被其他Activity取代時，該Activity便被停止，甚至被系統清除。

　　View等同于J2ME的Displayable，程序人員可以透過View類別與“XML layout”檔將UI放置在視窗上，并可以利用View打造出所謂的Widgets，其實Widget只是View的一種，所以可以使用xml來設計layout。至于ViewGroup是各種layout的基礎抽象類別，ViewGroup之內還可以有ViewGroup。View的構造函數不需要在Activity中調用，但是Displayable的是必須的，在Activity中，要通過findViewById()來從XML中獲取View，Android的View類的顯示很大程度上是從XML中讀取的。View與事件息息相關，兩者之間透過Listener結合在一起，每一個View都可以注冊event listener，例如：當View要處理用戶觸碰的事件時，就要向Android框架注冊View.OnClickListener。另外還有Image等同于J2ME的BitMap。

　　中介軟件

　　操作系統與應用程序的溝通橋梁，并用分為兩層：函數層和虛擬機器。 Bionic是Android改良libc的版本。Android包含了Chrome瀏覽器引擎。Surface flinger是就2D或3D的內容顯示到螢幕上。Android使用工具鏈為Google自制的Bionic Libc。

　　Android采用OpenCORE作為基礎多媒體框架。OpenCORE可分7大塊：PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。

　　Android使用Skia為核心圖形引擎，搭配OpenGL/ES。Skia與Linux Cairo功能相當，但相較于Linux Cairo，Skia功能還只是陽春型的。2005年Skia公司被Google收購，2007年初，Skia GL源碼被公開，目前Skia也是Google Chrome的圖形引擎。

　　Android的多媒體資料庫采用SQLite資料庫系統。資料庫又分為共用資料庫及私用資料庫。用戶可透過ContentProvider類別獲取共用資料庫。

　　Android的中間層多以Java實現，4.4版之前使用特殊的Dalvik虛擬機器。Dalvik虛擬機器是一種“暫存器型態”的Java虛擬機器，變數皆存放于暫存器中，虛擬機器的指令相對減少。5.0版起改用Android Runtime(ART)。

　　Dalvik虛擬機器可以有多個實例，每個Android應用程序都用一個自屬的Dalvik虛擬機器來執行，讓系統在執行程序時可達到最優化。Dalvik虛擬機器并非執行Java字節碼，而是執行一種稱為.dex格式的檔案。

　　硬件抽像層(HAL)

　　Android的硬件抽像層是能以封閉源碼形式提供硬件驅動模塊。HAL的目的是為了把Android framework與Linux kernel隔開，讓Android不至過度依賴Linux kernel，以達成“內核獨立”(kernel independent)的概念，也讓Android framework的開發能在不考量驅動程序實現的前提下進行發展，以達到壟斷GPU市場的目的。

　　HAL stub是一種代理人的概念，stub是以*.so檔的形式存在。Stub向HAL“提供”操作函數，并由Android runtime向HAL獲取stub的操作，再回調這些操作函數。HAL里包含了許多的stub(代理人)。Runtime只要說明“類型”，即module ID，就可以獲取操作函數。

　　編程語言

　　Android是執行于Linux kernel之上，但并不是GNU/Linux。因為在一般GNU/Linux里支持的功能，Android大都沒有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic取代Glibc、以Skia取代Cairo、再以opencore取代FFmpeg等等。Android為了達到商業應用，必須移除被GNU GPL授權證所約束的部分，Android并沒有用戶層驅動(user space driver)這種東西。所有的驅動還是在內核空間中，并以HAL隔開版權問題。bionic/libc/kernel/ 并非標準的內核頭文件(kernel header files)。Android的內核頭文件是利用工具由Linux內核的頭文件所產生的，這樣做是為了保留常數、資料結構與宏。

　　Android的核心基于Linux，除了核心之外，則是中介層、數據庫元和用C/C++編寫的API以及應用程序框架。Android的應用程序通常以Java數據庫元為基礎編寫，運行程序時，應用程序的代碼會被即時轉變為Dalvik dex-code(Dalvik Executable)，然后Android操作系統通過使用即時編譯的Dalvik虛擬機來將其運行。

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