【整理】Android对Linux内核的改动你知道多少？

      我们知道Android是一个开源系统，但是并不彻底，而且Android从多个方面对Linux内核进行了改动与增强，尽管一度和Linux基金会在内核方面闹得不愉快，但是最终也达成了和解。下面将对此进行详细介绍和分析。

1、Goldfish

Android模拟器通过运行一个Goldfish的虚拟CPU.Goldfish来运行arm926t指令集(arm926t属于armv5构架)，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/输出是基于libSDL的。既然Goldfish是被模拟器运行的虚拟CPU，那么当Android在真实的硬件设备上运行时，我们就需要去掉它，因此，只有知道Google对Goldfish做了哪些具体改动之后才能正确地去掉。据统计，Android内核对Goldfish的改动主要涉及44个文件，具体汇总如下。

说明本书中在被改动的文件前面加了Chg标记，在新增的文件前面加了New标记。

1Chgarch/arm/Makefile添加CONFIG_ARCH_GOLDFISH

2Newarch/arm/configs/goldfish_defconfig默认配置文件

3Newarch/arm/mach-goldfish/Kconfig为GoldfishCPU添加Kernel配置文件

4Newarch/arm/mach-goldfish/Makefile添加board-goldfish.o

5Newarch/arm/mach-goldfish/Makefile.boot为GoldfishCPU进行启动配置

6Newarch/arm/mach-goldfish/audio.cAudio的输入/输出

7Newarch/arm/mach-goldfish/board-goldfish.c中断请求、输入/输出等

8Newarch/arm/mach-goldfish/pdev_bus.c设备总线

9Newarch/arm/mach-goldfish/pm.c电源管理

10Newarch/arm/mach-goldfish/switch.cSwitch控制

11Newarch/arm/mach-goldfish/timer.c获取和设置时间

12Chgarch/arm/mm/Kconfig添加ARCH_GOLDFISH到支持列表

13Chgdrivers/char/Makefile添加goldfish_tty

14Newdrivers/char/goldfish_tty.cTTY驱动

15Chgdrivers/input/keyboard/Kconfig为Goldfish的键盘事件添加配置文件

16Chgdrivers/input/keyboard/Makefile添加goldfish_events事件

17Newdrivers/input/keyboard/goldfish_events.cGoldfish键盘驱动

18Chgdrivers/mmc/host/Kconfig添加Kernel配置选项GoldfishMMC卡

19Chgdrivers/mmc/host/Makefile添加GoldfishMMC卡驱动

20Newdrivers/mmc/host/goldfish.c多媒体驱动

21Chgdrivers/mtd/devices/Kconfig为Goldfish的NANDflash device添加Kernel配置选项

22Chgdrivers/mtd/devices/Makefile添加goldfish_nand

23Newdrivers/mtd/devices/goldfish_nand.cNANDflash驱动

24Newdrivers/mtd/devices/goldfish_nand_reg.hNANDflash驱动

25Chgdrivers/power/Kconfig为Goldfish的battery(电池)驱动添加kernel配置选项

26Chgdrivers/power/Makefile添加Goldfish电池

27Newdrivers/power/goldfish_battery.c能源和电池状态驱动

28Chgdrivers/rtc/Kconfig为Goldfish的rtc(时钟)驱动添加Kernel配置选项

29Chgdrivers/rtc/Makefile添加rtc-goldfish

30Newdrivers/rtc/rtc-goldfish.c实时时钟驱动

31Chgdrivers/video/Kconfig添加Goldfish的framebuffer

32Chgdrivers/video/Makefile添加Goldfish的framebuffer

33Newdrivers/video/goldfishfb.cframebuffer驱动

34Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/dma.h

35Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/entry-macro.S

36Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/hardware.h

37Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/io.h

38Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/irqs.h

39Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/memory.h

40Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/system.h

41Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/timer.h

42Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/timex.h

43Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/uncompress.h

44Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/vmalloc.h

2、YAFFS2

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使用的是NANDFLASH——这种存储目前已经相当普及了，而且种类也颇多(如SLC、MLC等)，存储密度也越来越高(已经出现几十GB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“YetAnother Flash File System，2ndedition”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。据统计，为了支持YAFFS2，Google一共改动和增加了以下35个文件：

1Chgfs/Kconfig添加YAFFS配置

2Chgfs/Makefile添加YAFFS

以下为新增的YAFFS2：

1Newfs/yaffs2/Kconfig18Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif2.h

2Newfs/yaffs2/Makefile19Newfs/yaffs2/yaffs_nand.c

3Newfs/yaffs2/devextras.h20Newfs/yaffs2/yaffs_nand.h

4Newfs/yaffs2/moduleconfig.h21Newfs/yaffs2/yaffs_nandemul2k.h

5Newfs/yaffs2/yaffs_checkptrw.c22Newfs/yaffs2/yaffs_packedtags1.c

6Newfs/yaffs2/yaffs_checkprtw.h23Newfs/yaffs2/yaffs_packedtags1.h

7Newfs/yaffs2/yaffs_ecc.c24Newfs/yaffs2/yaffs_packedtags2.c

8Newfs/yaffs2/yaffs_ecc.h25Newfs/yaffs2/yaffs_packedtags2.h

9Newfs/yaffs2/yaffs_fs.c26Newfs/yaffs2/yaffs_qsort.c

10Newfs/yaffs2/yaffs_getblockinfo.h27Newfs/yaffs2/yaffs_qsort.h

11Newfs/yaffs2/yaffs_guts.c28Newfs/yaffs2/yaffs_tagscompat.c

12Newfs/yaffs2/yaffs_guts.h29Newfs/yaffs2/yaffs_tagscompat.h

13Newfs/yaffs2/yaffs_mtdif.c30Newfs/yaffs2/yaffs_tagsvaliditiy.c

14Newfs/yaffs2/yaffs_mtdif.h31Newfs/yaffs2/yaffs_tagsvalidity.h

15Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif1.c32Newfs/yaffs2/yaffsinterface.h

16Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif1.h33Newfs/yaffs2/yportenv.h

17Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif2.c

3、蓝牙

在蓝牙通信协议栈里Google修改了10个文件。这些改动修复了一些与蓝牙耳机相关的明显的Bug，以及一些与蓝牙调试和访问控制相关的函数，具体如下所示。

1Chgdrivers/bluetooth/Kconfig添加HCIUART Debug

2Chgdrivers/bluetooth/hci_II.c如果HCIUART Debug定义在Kernel配置中，则添加BT_DBG()宏

3Chgnet/bluetooth/Kconfig添加配置选项L2CAP,HCI_CORE, HCI_SOCK，以及通用接口和语音

4Chgnet/bluetooth/af_bluetooth.c如果CONFIG_ANDROID_PARANOID_NETWORK被定义，则添加蓝牙功能的安全检查

5Chgnet/bluetooth/hci_event.c修正蓝牙的加密Bug和增加语音的支持

6Chgnet/bluetooth/rfcomm/core.c修正Bug

7Chgnet/bluetooth/rfcomm/sock.c修复Bug

8Chgnet/bluetooth/sco.c禁用SCO链接

9Chginclude/net/bluetooth/hci_core.h禁用LMP_ESCO

10Chginclude/net/bluetooth/rfcomm.h在rfcomm_dlc中添加“out”参数

4、调度器(Scheduler)

Android内核还修改了与进程调度和时钟相关的策略。只改动了5个文件，如下：

1Chgkernel/sched.c添加NORMALIZED_SLEEPER

2Chgkernel/sched_fair.c修改内核的调度方式

3Chgkernel/softirq.c修改为CPU调度

4Chgkernel/time/tick-sched.c修改为CPU调度

5Chginclude/linux/tick.h如果CONFIG_NO_HZ被定义，则添加tick_nohz_update_ stopped_ sched_tick()

5、Android新增的驱动

Android在Linux的基础上新增了许多特有的驱动，如下所示。

1)IPCBinder 一种IPC(进程间通信)机制。它的进程能够为其他进程提供服务——通过标准的Linux系统调用API。IPCBinder的概念起源于一家名为Be.Inc的公司，在Google之前就已经被Palm软件采用了。

2)LowMemory Killer 其实内核里已经有一个类似的功能，名称为oomkiller(out of memory killer)。当内存不够的时候，该策略会试图结束一个进程。

3)Ashmem匿名共享内存。该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这些图标。Ashmem为内核提供了一种回收这些使用完的共享内存块的方法，如果某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。

4)RAMConsole and Log Device为了调试方便，Android添加了一个功能，使调试信息可以输入到一个内存块中。此外，Android还添加了一个独立的日志模块，这样用户空间的进程就能够读写日志消息，以及调试打印信息等。

5)AndroidDebug 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，可以简称为ADB，使用USB作为连接方式，ADB可以看做是连接Android设备和PC机的一套协议。

除了这些主要的功能之外，Android还增加了诸如real-timeclock、switch、timedGPIO等功能，所有这些改动和增加包含在以下28个文件之中。

1Chgdrivers/Kconfig进入配置文件

2Chgdrivers/Makefile添加switch，驱动等

3Newdrivers/android/Kconfig添加BINDER_IPC、POWER、POWER_STAT、POWER_ALARM、LOGGER、RAM_CONSOLE、TIMED_GPIO、PARANOID_NETWORK到配置中

4Newdrivers/android/Makefile添加binder.o、power.o、alarm.o、logger.o、ram_console.o、timed_gpio

5Newdrivers/android/alarm.c系统硬件时钟和实时时钟管理

6Newdrivers/android/binder.cIPC机制(Binder)

7Newdrivers/android/logger.cGoogle的日志API

8Newdrivers/android/ram_console.cRAM控制台和日志设备方便调试[1]

9Newdrivers/android/timed_gpio.cGoogle的GPIO定时驱动

10Newdrivers/switch/Kconfig为GPIO添加配置选项

11Newdrivers/switch/Makefile引入GPIO驱动

12Newdrivers/switch/switch_class.c

13Newdrivers/switch/switch_gpio.c

14Chgdrivers/usb/gadget/Kconfig添加ADB配置选项

15Chgdrivers/usb/gadget/Makefile编译ADB所需的配置选项

16Newdrivers/usb/gadget/android_adb.cADB驱动

17Newinclude/linux/android_aid.h添加AIDs、INET、networking

18Newinclude/linux/android_alarm.h时钟功能设置

19Newinclude/linux/android_timed_gpio.hGPIO结构体

20Newinclude/linux/ashmem.hAndroid共享内存

21Newinclude/linux/binder.hBinderIPC API定义

22Newinclude/linux/logger.hLogger定义

23Newinclude/linux/switch.hGPIOswitch接口

24Chgmm/Makefile添加ashmem.o

25Newmm/ashmem.c内存共享实现

26Chgdrivers/misc/Kconfig添加LOW_MEMORY_KILLER配置选项

27Chgdrivers/misc/Makefile添加lowmemorykiller.c

28Newdrivers/misc/lowmemorykiller.c当内存过低时，选择并结束进程

6、电源管理

电源管理(PowerManagement)对于移动设备来说相当重要，也是最为复杂和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，不包含原有的apm和dpm等。这项改动主要涉及以下5个文件：

1Newinclude/linux/android_power.h定义电源管理API

2Newdrivers/android/power.c电源管理API实现

3Chgdrivers/input/evdev.c修改Android电源处理方式

4Chgfs/inotify_user.c修改Android电源处理方式

5Chgkernel/power/process.c修改Android电源处理方式

7、杂项

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

1NewDocumentation/vm/pagemap.txt

2Chgarch/arm/Kconfig添加HAVE_LATENCYTOP_SUPPORT和ARCH_GOLDFISH

3Chgarch/arm/kernel/process.c添加dump_task_regs方法

4Chgarch/arm/kernel/signal.c解决系统无法重新启动的问题

5Chgarch/arm/kernel/stacktrace.c改进调试栈跟踪

6Chgarch/arm/mm/abort-ev6.S

7Chgdrivers/char/Kconfig添加Memorydevice driver和GoldfishTTY driver

8Chgdrivers/char/mem.c使编译结果输出到/dev/kmemand /dev/mem

9Chgdrivers/leds/Kconfig当CPU运行时打开LEDS，但是屏幕是关闭的

10Chgdrivers/leds/Makefile添加编译ledtrig-sleep.o

11Newdrivers/leds/ledtrig-sleep.c睡眠(当关闭屏幕后CPU仍然运行)

12Chgdrivers/rtc/class.c修正实时时钟误差的Bug

13Chgfs/fat/dir.c添加VFAT_IOCTL_GET_VOLUME_ID到fat_dir_ioctl()

14Chgfs/fat/inode.c

15Chgfs/proc/base.c当内存不足时调整/proc文件

16Chgfs/proc/proc_misc.c修正kpagecount_read和kpageflags_read返回的一些错误

17Chgfs/proc/task_mmu.c简化add_to_pagemap中的错误检查

18Chginclude/asm-arm/elf.h添加ELF_CORE_COPY_TASK_REGS()宏调用dump_task_regs(...)

19Chginclude/linux/mm.h添加shmem_set_file(...)函数原型

20Chginclude/linux/msdos_fs.h添加VFAT_IOCTL_GET_VOLUME_ID宏

21Chgkernel/hrtimer.c修复run_hrtimer_pending错误

22Chginit/Kconfig添加PANIC_TIMEOUT默认为0

23Chgkernel/panic.c设置默认的panic_timeout：从kernel配置到PANIC_TIMEOUT

24Chgkernel/power/console.c修复虚拟控制台的错误信息

25Chgkernel/printk.c修复printk错误

26Chgmm/filemap.c修正filemap_fault

27Chgmm/shmmem.c重构shmem_zero_setup

28Chgmm/tiny-shmem.c重构shmem_zero_setup

29Chginclude/linux/sockios.h添加SIOCKILLADDR控制

30Chginclude/net/tcp.h添加tcp_v4_nuke_addr函数

31Chgnet/ipv4/Makefile如果设置CONFIG_SYSFS，编译sysfs_net_ipv4

32Chgnet/ipv4/af_inet_c如果定义CONFIG_ANDROID_PARANOID_NETWORK，则添加安全检查

33Chgnet/ipv4/devinet.c添加SIOCKILLADDR

34Chgnet/ipv4/sysfs_net_ipv4.c控制TCP窗口长度

35Chgnet/ipv4/tcp_ipv4.c添加tcp_v4_nuke_addr函数

36Chgnet/ipv6/af_inet6.c如果定义CONFIG_ANDROID_PARANOID_NETWORK，则添加安全检查

上面这些看似简单，但是非常重要，当大家进行系统级应用开发和程序移植时都需要研究这些文件。对于每个文件的具体改动方式和实现，我们需要进一步查看Android的内核源代码，这是后面将要详细讲解的内容。

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。