Android系统架构剖析

2.3  Android系统架构剖析
“剖析”二字听上去有一点狠，有“解剖分析”之意，是指对一个人或一件事做深入的分析，让别人了解这个人或明白事情的来龙去脉。学习Android之路是一条不平坦的路，需要付出一定的时间和精力。为了更加深入理解Android的精髓，很有必要了解Android的系统架构，了解它的组成。这样才能知道Android究竟能干什么，所要学的是什么。
2.3.1  Android体系结构介绍
Android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（MiddleWare）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分为以下4层。
    操作系统层（OS）
    各种库（Libraries）和Android 运行环境（RunTime）
    应用程序框架（Application Framework）
    应用程序（Application）
上述各个层的具体结构如图2-19所示。


  图2-19  Android操作系统的组件结构图
1. 操作系统层（OS）——最底层
因为Android源于Linux，使用了Linux内核，所以Android使用Linux 2.6作为操作系统。Linux 2.6是一种标准的技术，Linux也是一个开放的操作系统。Android对操作系统的使用包括核心和驱动程序两部分，Android的Linux核心为标准的Linux 2.6内核，Android更多的是需要一些与移动设备相关的驱动程序。主要的驱动如下所示。
    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。
    相机驱动（Camera Driver）：常用基于Linux的v4l驱动。
    音频驱动（Audio Driver）：常用基于ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音体系）的驱动。
    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：Android中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。
2. 各种库（Libraries）和Android 运行环境（RunTime）——中间层
本层次对应一般嵌入式系统，相当于中间件层次。Android的本层次分成两个部分，一个是各种库，另一个是Android 运行环境。本层的内容大多是使用C和C++实现的。其中包含的各种库如下所示。
    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的系统调用来实现的。
    多媒体框架（Media Frameword）：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部分，一部分是音频、视频的回放（PlayBack），另一部分则是音视频的记录（Recorder）。
    SGL：2D图像引擎。
    SSL：即Secure Socket Layer，位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持。
    OpenGL ES 1.0：提供了对3D的支持。
    界面管理工具（Surface Management）：提供了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。
Android的各种库一般是以系统中间件的形式提供的，它们都有的一个显著特点是与移动设备的平台的应用密切相关。
Android运行环境主要指的是虚拟机技术——Dalvik。Dalvik虚拟机和一般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。
3. 应用程序（Application）
Android的应用程序主要是用户界面（User Interface）方面的，通常用Java语言编写，其中还可以包含各种资源文件（放置在res目录中）、Java程序及相关资源经过编译后，将生成一个APK包。Android本身提供了主屏幕（Home）、联系人（Contact）、电话（Phone）以及浏览器（Brower）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。
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了API，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）、Button（按钮）等，甚至一个嵌入式的Web浏览器。
一个基本的Android应用程序可以利用应用程序框架中的以下5个部分。
    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）
本书的目的是讲解Android多媒体应用的开发知识，讲解的是应用程序（Application）方面的知识。这些知识都是用Java开发的，当然也还需要掌握一些其他层的相关知识，例如底层的内核和驱动等知识。