Android内核介绍

Android内核介绍 Android内核介绍

发布时间：2010年4月8日　作者：EasyAndroid　tags：


已经有一些的文章介绍Android内核了，本系列篇将从Linux内核的角度来分析Android的内核，希望给初学者提够有用的信息。本章将简单的介绍Android内核的全貌，起到一个抛砖引玉的作用。从下一篇开始将详细介绍每一个Android内核驱动程序及其作用。

Android内核是基于Linux 2.6内核的（目前最新开发版本是2.6.31），它是一个增强内核版本，除了修改部分Bug外，它提供了用于支持Android平台的设备驱动，其核心驱动主要包括：

Android Binder，基于OpenBinder框架的一个驱动，用于提供Android平台的进程间通讯（IPC，inter-process communication）。
源代码位于drivers/staging/android/binder.c

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。
源代码位于kernel/power/earlysuspend.c
kernel/power/consoleearlysuspend.c
kernel/power/fbearlysuspend.c
kernel/power/wakelock.c
kernel/power/userwakelock.c

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。
源代码位于drivers/staging/android/lowmemorykiller.c

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。
源代码位于mm/ashmem.c

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。
源代码位于drivers/misc/pmem.c

Android Logger，一个轻量级的日志设备，用于抓取Android系统的各种日志。
源代码位于drivers/staging/android/logger.c

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，
源代码位于drivers/rtc/alarm.c

USB Gadget驱动，一个基于标准Linux USB gadget驱动框架的设备驱动，Android的USB驱动是基于gaeget框架的，
源代码位于drivers/usb/gadget/

Android Ram Console，为了提供调试功能，Android允许将调试日志信息写入一个被称为RAM Console的设备里，它是一个基于RAM的Buffer。
源代码位于drivers/staging/android/ram_console.c。

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。
源代码位于drivers/staging/android/timed_output.c(timed_gpio.c)。

Yaffs2文件系统，Android采用Yaffs2作为MTD nand flash文件系统，源代码位于fs/yaffs2/目录下。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他的运行状态，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。

Android内核添加或修改的文件很多，下面的列表描述了Android Emulator内核的文件：

drivers/misc/kernel_debugger.c
drivers/misc/pmem.c
drivers/misc/qemutrace/qemu_trace_sysfs.c
drivers/misc/qemutrace/qemu_trace.c
drivers/misc/qemutrace/qemu_trace.h
drivers/misc/uid_stat.c
drivers/staging/android/lowmemorykiller.c
drivers/staging/android/logger.c
drivers/staging/android/timed_output.h
drivers/staging/android/ram_console.c
drivers/staging/android/timed_gpio.c
drivers/staging/android/logger.h
drivers/staging/android/binder.h
drivers/staging/android/binder.c
drivers/staging/android/timed_output.c
drivers/staging/android/timed_gpio.h
drivers/rtc/alarm.c
drivers/rtc/rtc-goldfish.c
drivers/net/pppolac.c
drivers/net/ppp_mppe.c
drivers/net/pppopns.c
drivers/video/goldfishfb.c
drivers/switch/switch_class.c
drivers/switch/switch_gpio.c
drivers/char/dcc_tty.c
drivers/char/goldfish_tty.c
drivers/watchdog/i6300esb.c
drivers/input/misc/gpio_event.c
drivers/input/misc/gpio_input.c
drivers/input/misc/gpio_output.c
drivers/input/misc/keychord.c
drivers/input/misc/gpio_axis.c
drivers/input/misc/gpio_matrix.c
drivers/input/keyreset.c
drivers/input/keyboard/goldfish_events.c
drivers/input/touchscreen/synaptics_i2c_rmi.c
drivers/usb/gadget/android.c
drivers/usb/gadget/f_adb.h
drivers/usb/gadget/f_mass_storage.h
drivers/usb/gadget/f_adb.c
drivers/usb/gadget/f_mass_storage.c
drivers/mmc/host/goldfish.c
drivers/power/goldfish_battery.c
drivers/leds/ledtrig-sleep.c
drivers/mtd/devices/goldfish_nand_reg.h
drivers/mtd/devices/goldfish_nand.c
kernel/power/earlysuspend.c
kernel/power/consoleearlysuspend.c
kernel/power/fbearlysuspend.c
kernel/power/wakelock.c
kernel/power/userwakelock.c
kernel/cpuset.c
kernel/cgroup_debug.c
kernel/cgroup.c
mm/ashmem.c
include/linux/ashmem.h
include/linux/switch.h
include/linux/keychord.h
include/linux/earlysuspend.h
include/linux/android_aid.h
include/linux/uid_stat.h
include/linux/if_pppolac.h
include/linux/usb/android.h
include/linux/wifi_tiwlan.h
include/linux/android_alarm.h
include/linux/keyreset.h
include/linux/synaptics_i2c_rmi.h
include/linux/android_pmem.h
include/linux/kernel_debugger.h
include/linux/gpio_event.h
include/linux/wakelock.h
include/linux/if_pppopns.h
net/ipv4/sysfs_net_ipv4.c
net/ipv4/af_inet.c
net/ipv6/af_inet6.c
net/bluetooth/af_bluetooth.c
security/commoncap.c
fs/proc/base.c


Android内核配置
Android是基于Linux的，对于一个新的设备，我们首先要编译一个支持Android的Kernel，那么如何使你的Kernel Android化呢？除了要移植前面提到的驱动之外，就是如何配置你的Kernel来支持Android平台，这可以参考Goldfish的内核配置文件- arch/arm/configs/goldfish_defconfig。
一般来说，我们会基于一个平台标准内核配置选项来配置Android内核，你可以根据具体的硬件平台来选择Android内核的配置选项，可以参考下面的Android内核配置列表：

一般需要支持的内核选项

ANDROID_PARANOID_NETWORK
ASHMEM
CONFIG_FB_MODE_HELPERS
CONFIG_FONT_8x16
CONFIG_FONT_8x8
CONFIG_YAFFS_SHORT_NAMES_IN_RAM
DAB
EARLYSUSPEND
FB
FB_CFB_COPYAREA
FB_CFB_FILLRECT
FB_CFB_IMAGEBLIT
FB_DEFERRED_IO
FB_TILEBLITTING
HIGH_RES_TIMERS
INOTIFY
INOTIFY_USER
INPUT_EVDEV
INPUT_GPIO
INPUT_MISC
LEDS_CLASS
LEDS_GPIO
LOCK_KERNEL
LkOGGER
LOW_MEMORY_KILLER
MISC_DEVICES
NEW_LEDS
NO_HZ
POWER_SUPPLY
PREEMPT
RAMFS
RTC_CLASS
RTC_LIB
SWITCH
SWITCH_GPIO
TMPFS
UID_STAT
UID16
USB_FUNCTION
USB_FUNCTION_ADB
USER_WAKELOCK
VIDEO_OUTPUT_CONTROL
WAKELOCK
YAFFS_AUTO_YAFFS2
YAFFS_FS
YAFFS_YAFFS1
YAFFS_YAFFS2

但是Android推荐不要支持下面两个功能：
CONFIG_YAFFS_DISABLE_LAZY_LOAD
DNOTIFY

配置好后，就可以用Toolchain来编译内核了。编译内核比较简单，以Emulator的kernel为例：
- git clone git://android.kernel.org/kernel/common.git kernel-emulator
- cd kernel-emulator
- export ARCH=arm
- export CROSS_COMPILE=arm-eabi-
- export PATH=PATH
- make goldfish_defconfig
- make


google对2.6.25内核里做了什么改动呢？

有家公司专门比较了标准内核和android内核，发现google修改了75个文件，增加了88个文件。改公司还对这些被修改的和新增的文件做了注解。

Goldfish -- 44 Files

Android模拟器运行了一个被google 叫做“金鱼"的虚拟CPU.金鱼运行arm926t指令集（arm926t是属于armv5架构）；并且仿真了输入输出：比如键盘输入和LCD 输出。这个模拟器其实是在qemu之上开发的，输入输出基于libSDL.

内核里这个Goldfish接口实现了这个虚拟“金鱼”CPU的一些接口，如果想在真实设备上运行android,这些接口肯定要去掉的。

arm926ej的介绍见http://www.arm.com/products/CPUs/ARM926EJ-S.html



YAFFS2 -- 35 Files

不同于PC机，文件是存储在硬盘上的；手机使用FLASH作为存储介质。HTC的G1使用NANDFLASH——这中存储目前已经相当普及了,而且种类也颇多，(SLC,MLC等等），存储密度也越来越高（已经出现几十G大小的NANDFLASH)，价格也越来越低。

YAFFS2是专门用在FLASH上的文件系统，“YAFFS2”是"Yet Another Flash File System, 2nd edition"的缩写。YAFFS2为Linux内核提供了一个高效访问NANDFLASH的接口。但是NANDFLASH的支持并不包含在标准的2.6.25内核中，所以Google在其中添加了对NANDFLASH的支持。

蓝牙 -- 10 files

在蓝牙通讯协议栈里Google修改了10个文件。这些改动解决了一些跟蓝牙耳机相关的明显的bug，以及一些蓝牙调试和访问控制相关的函数。

调度器 -- 5 files

Android内核还修改了进程调度和时钟相关策略，这个改动就比较深入了。其目的和效果估计在一段时间后才能找到。

为android新增的功能 -- 28 files

除了修正一些bug以及其他的改动，android还增加了一些新的“子系统”，这些系统都比较重要。



IPC Binder

IPC Binder是一种IPC(进程间通信）机制。它是的进程能够为其他进程提供服务——还是通过标准的linux系统调用api。IPC Binder的概念起源于一家叫做“Be.Inc"的公司，在Google之前就已经被然后被用到Palm软件里去了。

Low Memory Killer

其实内核里已经有一个类似的功能， 叫做"oom killer",就是out of memory killer,当内存不够的时候，改策略会试图结束一个进程。不知道为什么Google重新实现了这个策略。

Ashmem

Ashmem,全程Anonymous SHared MEMory,翻译成中文就是匿名共享内存。这个功能使得进程间能够共享大块的内存。比如说，系统可以使用Ashmem保存一些图标，多个应用程序可以访问这个共享内存来获取图标。Ashmem为内核提供了一种回收这些使用完的共享内存块的办法,如果一个进程试图访问这些已经被回收的内存块，它将会得到错误的返回值，以便它重新进行内存块分配和数据初始化。

RAM Console and Log Device

为了调试方便，Android添加了一个功能，使得调试信息可以输入到一个内存块中。此外，Android添加了一个独立的日志模块，这样用户空间的进程能够读写日志消息，调试打印信息等。

Android Debug Bridge

嵌入式设备的调试的确比较麻烦。为了便于调试，google设计了这个调试工具，可以叫做"ADB"，使用USB作为连接方式,ADB可以看作是链接android的设备和PC机的一套协议。

Android 还添加了其他的东西，比如 real-time clock, switch，timed GPIO。





Power Management -- 5 files

电源管理对于移动设备来说相当重要，也是最复杂，开发难度最高的一个功能。Google添加了一个新的电源管理系统，并没有原先apm,dpm等。



其他修改 -- 36 files

除了上述改动之外，还有一些小改动，比如新增的额外的调试功能， 键盘背光控制，TCP 网络管理等等，共涉及36个文件。



根据上述，google对标准的内核做了很大的改动。相比其他的项目，比如Nokia N810,Openmoko等项目中，内核的改动仅仅是增加了某个平台的支持。所以移植最快也是最可能的办法是在google使用的kernel上增加平台支持。

也有一些开发人员将google对2.6.25内核的改动做成补丁，直接打在自己开发的内核上——当然，自己的内核也应该是2.6.25，否则会出问题。