前言
技術(shù)博客終于可以恢復(fù)正常的更新速度了宫莱，原因是我編寫的進(jìn)階書(shū)籍的初稿已經(jīng)完成，竊以為它將會(huì)是Android應(yīng)用書(shū)籍中最有深度的一本涨椒，可以說(shuō)是《Android開(kāi)發(fā)藝術(shù)探索》的姊妹篇银择。在這本書(shū)的最后一章我會(huì)分析Android底層源碼，但是畢竟是一本Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)的書(shū)黄选，對(duì)于底層源碼閱讀也只能帶大家入個(gè)門。因此婶肩，在博客中我會(huì)新開(kāi)一個(gè)“系統(tǒng)源碼解析”的系列办陷，該系列的開(kāi)篇就是本篇文章。
1.Android系統(tǒng)架構(gòu)
Android系統(tǒng)架構(gòu)分為五層律歼，從上到下依次是應(yīng)用層民镜、應(yīng)用框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層险毁、硬件抽象層和Linux內(nèi)核層制圈。
應(yīng)用層
系統(tǒng)內(nèi)置的應(yīng)用程序以及非系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用程序都是屬于應(yīng)用層。負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行直接交互畔况，通常都是用Java進(jìn)行開(kāi)發(fā)的鲸鹦。
應(yīng)用框架層（Java Framework)
應(yīng)用框架層為開(kāi)發(fā)人員提供了可以開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序所需要的API，我們平常開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序都是調(diào)用的這一層所提供的API跷跪，當(dāng)然也包括系統(tǒng)的應(yīng)用馋嗜。這一層的是由Java代碼編寫的，可以稱為Java Framework吵瞻。下面來(lái)看這一層所提供的主要的組件葛菇。
| 名稱 | 功能描述 |
|---|---|
| Activity Manager(活動(dòng)管理器) | 管理各個(gè)應(yīng)用程序生命周期以及通常的導(dǎo)航回退功能 |
| Location Manager(位置管理器) | 提供地理位置以及定位功能服務(wù) |
| Package Manager(包管理器) | 管理所有安裝在Android系統(tǒng)中的應(yīng)用程序 |
| Notification Manager(通知管理器) | 使得應(yīng)用程序可以在狀態(tài)欄中顯示自定義的提示信息 |
| Resource Manager（資源管理器） | 提供應(yīng)用程序使用的各種非代碼資源，如本地化字符串橡羞、圖片眯停、布局文件、顏色文件等 |
| Telephony Manager(電話管理器) | 管理所有的移動(dòng)設(shè)備功能 |
| Package Manager(包管理器) | 管理所有安裝在Android系統(tǒng)中的應(yīng)用程序 |
| Window Manager（窗口管理器） | 管理所有開(kāi)啟的窗口程序 |
| Content Providers（內(nèi)容提供器） | 使得不同應(yīng)用程序之間可以共享數(shù)據(jù) |
| View System（視圖系統(tǒng)） | 構(gòu)建應(yīng)用程序的基本組件 |
表1
系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層（Native)
系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層分為兩部分卿泽，分別是C/C++程序庫(kù)和Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)莺债。下面分別來(lái)介紹它們。
1.C/C++程序庫(kù)
C/C++程序庫(kù)能被Android系統(tǒng)中的不同組件所使用又厉，并通過(guò)應(yīng)用程序框架為開(kāi)發(fā)者提供服務(wù)，主要的C/C++程序庫(kù)如下表2所示椎瘟。
| 名稱 | 功能描述 |
|---|---|
| OpenGL ES | 3D繪圖函數(shù)庫(kù) |
| Libc | 從BSD繼承來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)C系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)覆致，專門為基于嵌入式Linux的設(shè)備定制 |
| Media Framework | 多媒體庫(kù)，支持多種常用的音頻肺蔚、視頻格式錄制和回放煌妈。 |
| SQLite | 輕型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)引擎 |
| SGL | 底層的2D圖形渲染引擎 |
| SSL | 安全套接層，是為網(wǎng)絡(luò)通信提供安全及數(shù)據(jù)完整性的一種安全協(xié)議 |
| FreeType | 可移植的字體引擎，它提供統(tǒng)一的接口來(lái)訪問(wèn)多種字體格式文件 |
表2
2.Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)
運(yùn)行時(shí)庫(kù)又分為核心庫(kù)和ART(5.0系統(tǒng)之后璧诵，Dalvik虛擬機(jī)被ART取代)汰蜘。核心庫(kù)提供了Java語(yǔ)言核心庫(kù)的大多數(shù)功能，這樣開(kāi)發(fā)者可以使用Java語(yǔ)言來(lái)編寫Android應(yīng)用之宿。相較于JVM族操，Dalvik虛擬機(jī)是專門為移動(dòng)設(shè)備定制的，允許在有限的內(nèi)存中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)的實(shí)例比被，并且每一個(gè)Dalvik 應(yīng)用作為一個(gè)獨(dú)立的Linux 進(jìn)程執(zhí)行色难。獨(dú)立的進(jìn)程可以防止在虛擬機(jī)崩潰的時(shí)候所有程序都被關(guān)閉。而替代Dalvik虛擬機(jī)的ART 的機(jī)制與Dalvik 不同等缀。在Dalvik下枷莉，應(yīng)用每次運(yùn)行的時(shí)候，字節(jié)碼都需要通過(guò)即時(shí)編譯器轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼尺迂，這會(huì)拖慢應(yīng)用的運(yùn)行效率笤妙，而在ART 環(huán)境中，應(yīng)用在第一次安裝的時(shí)候噪裕，字節(jié)碼就會(huì)預(yù)先編譯成機(jī)器碼蹲盘，使其成為真正的本地應(yīng)用。
硬件抽象層（HAL)
硬件抽象層是位于操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件電路之間的接口層州疾，其目的在于將硬件抽象化辜限，為了保護(hù)硬件廠商的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，它隱藏了特定平臺(tái)的硬件接口細(xì)節(jié)严蓖，為操作系統(tǒng)提供虛擬硬件平臺(tái)薄嫡，使其具有硬件無(wú)關(guān)性，可在多種平臺(tái)上進(jìn)行移植颗胡。 從軟硬件測(cè)試的角度來(lái)看毫深，軟硬件的測(cè)試工作都可分別基于硬件抽象層來(lái)完成，使得軟硬件測(cè)試工作的并行進(jìn)行成為可能毒姨。通俗來(lái)講哑蔫，就是將控制硬件的動(dòng)作放在硬件抽象層中。
Linux內(nèi)核層
Android 的核心系統(tǒng)服務(wù)基于Linux 內(nèi)核弧呐，在此基礎(chǔ)上添加了部分Android專用的驅(qū)動(dòng)闸迷。系統(tǒng)的安全性、內(nèi)存管理俘枫、進(jìn)程管理腥沽、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和驅(qū)動(dòng)模型等都依賴于該內(nèi)核。
Android系統(tǒng)的五層架構(gòu)就講到這鸠蚪，了解以上的知識(shí)對(duì)以后分析系統(tǒng)源碼有很大的幫助今阳。
2.Android系統(tǒng)源碼目錄
我們要先了解Android系統(tǒng)源碼目錄师溅，為后期源碼學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。關(guān)于源碼的閱讀盾舌，你可以訪問(wèn)http://androidxref.com/來(lái)閱讀系統(tǒng)源碼墓臭。當(dāng)然，最好是將源碼下載下來(lái)妖谴。下載源碼可以使用清華大學(xué)開(kāi)源軟件鏡像站提供的Android 鏡像：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/AOSP/ 窿锉。如果覺(jué)得麻煩也可以查找國(guó)內(nèi)的網(wǎng)盤進(jìn)行下載，推薦使用該百度網(wǎng)盤地址下載：http://pan.baidu.com/s/1ngsZs窖维，它提供了多個(gè)Android版本的的源碼下載榆综。
整體結(jié)構(gòu)
各個(gè)版本的源碼目錄基本是類似，如果是編譯后的源碼目錄會(huì)多增加一個(gè)out文件夾铸史，用來(lái)存儲(chǔ)編譯產(chǎn)生的文件鼻疮。Android7.0的根目錄結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下表所示。
| Android源碼根目錄 | 描述 |
|---|---|
| abi | 應(yīng)用程序二進(jìn)制接口 |
| art | 全新的ART運(yùn)行環(huán)境 |
| bionic | 系統(tǒng)C庫(kù) |
| bootable | 啟動(dòng)引導(dǎo)相關(guān)代碼 |
| build | 存放系統(tǒng)編譯規(guī)則及generic等基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)包配置 |
| cts | Android兼容性測(cè)試套件標(biāo)準(zhǔn) |
| dalvik | dalvik虛擬機(jī) |
| developers | 開(kāi)發(fā)者目錄 |
| development | 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)相關(guān) |
| device | 設(shè)備相關(guān)配置 |
| docs | 參考文檔目錄 |
| external | 開(kāi)源模組相關(guān)文件 |
| frameworks | 應(yīng)用程序框架琳轿，Android系統(tǒng)核心部分判沟，由Java和C++編寫 |
| hardware | 主要是硬件抽象層的代碼 |
| libcore | 核心庫(kù)相關(guān)文件 |
| libnativehelper | 動(dòng)態(tài)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)JNI庫(kù)的基礎(chǔ) |
| ndk | NDK相關(guān)代碼崭篡，幫助開(kāi)發(fā)人員在應(yīng)用程序中嵌入C/C++代碼 |
| out | 編譯完成后代碼輸出在此目錄 |
| packages | 應(yīng)用程序包 |
| pdk | Plug Development Kit 的縮寫挪哄，本地開(kāi)發(fā)套件 |
| platform_testing | 平臺(tái)測(cè)試 |
| prebuilts | x86和arm架構(gòu)下預(yù)編譯的一些資源 |
| sdk | 應(yīng)用程序包 |
| packages | sdk和模擬器 |
| system | 底層文件系統(tǒng)庫(kù)、應(yīng)用和組件 |
| toolchain | 工具鏈文件 |
| tools | 工具文件 |
| Makefile | 全局Makefile文件琉闪，用來(lái)定義編譯規(guī)則 |
表3
從表3可以看出迹炼，系統(tǒng)源碼分類清晰，并且內(nèi)容龐大且復(fù)雜颠毙。接下來(lái)分析packages中的內(nèi)容斯入，也就是應(yīng)用層部分。
應(yīng)用層部分
應(yīng)用層位于整個(gè)Android系統(tǒng)的最上層蛀蜜，開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序以及系統(tǒng)內(nèi)置的應(yīng)用程序都是在應(yīng)用層刻两。源碼根目錄中的packages目錄對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)應(yīng)用層。它的目錄結(jié)構(gòu)如表4所示滴某。
| packages目錄 | 描述 |
|---|---|
| apps | 核心應(yīng)用程序 |
| experimental | 第三方應(yīng)用程序 |
| inputmethods | 輸入法目錄 |
| providers | 內(nèi)容提供者目錄 |
| screensavers | 屏幕保護(hù) |
| services | 通信服務(wù) |
| wallpapers | 墻紙 |
表4
從目錄結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)磅摹，packages目錄存放著系統(tǒng)核心應(yīng)用程序、第三方的應(yīng)用程序和輸入法等等霎奢，這些應(yīng)用都是運(yùn)行在系統(tǒng)應(yīng)用層的户誓，因此packages目錄對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的應(yīng)用層。
應(yīng)用框架層部分
應(yīng)用框架層是系統(tǒng)的核心部分幕侠，一方面向上提供接口給應(yīng)用層調(diào)用帝美，另一方面向下與C/C++程序庫(kù)以及硬件抽象層等進(jìn)行銜接。 應(yīng)用框架層的主要實(shí)現(xiàn)代碼在/frameworks/base和/frameworks/av目錄下橙依，其中/frameworks/base目錄結(jié)構(gòu)如表5所示证舟。
| /frameworks/base目錄 | 描述 | /frameworks/base目錄 | 描述 |
|---|---|---|---|
| api | 定義API | cmds | 重要命令：am、app_proce等 |
| core | 核心庫(kù) | data | 字體和聲音等數(shù)據(jù)文件 |
| docs | 文檔 | graphics | 圖形圖像相關(guān) |
| include | 頭文件 | keystore | 和數(shù)據(jù)簽名證書(shū)相關(guān) |
| libs | 庫(kù) | location | 地理位置相關(guān)庫(kù) |
| media | 多媒體相關(guān)庫(kù) | native | 本地庫(kù) |
| nfc-extras | NFC相關(guān) | obex | 藍(lán)牙傳輸 |
| opengl | 2D/3D 圖形API | packages | 設(shè)置窗骑、TTS女责、VPN程序 |
| sax | XML解析器 | services | 系統(tǒng)服務(wù) |
| telephony | 電話通訊管理 | test-runner | 測(cè)試工具相關(guān) |
| tests | 測(cè)試相關(guān) | tools | 工具 |
| wifi | wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò) |
表5
C/C++程序庫(kù)部分
系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層（Native)中的 C/C++程序庫(kù)的類型繁多，功能強(qiáng)大创译，C/C++程序庫(kù)并不完全在一個(gè)目錄中抵知，這里給出幾個(gè)常用且比較重要的C/C++程序庫(kù)所在的目錄位置。
| 目錄位置 | 描述 |
|---|---|
| bionic/ | Google開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)C庫(kù)软族，以BSD許可形式開(kāi)源刷喜。 |
| /frameworks/av/media | 系統(tǒng)媒體庫(kù) |
| /frameworks/native/opengl | 第三方圖形渲染庫(kù) |
| /frameworks/native/services/surfaceflinger | 圖形顯示庫(kù)，主要負(fù)責(zé)圖形的渲染立砸、疊加和繪制等功能 |
| external/sqlite | 輕量型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite的C++實(shí)現(xiàn) |
表6
講完 C/C++程序庫(kù)部分掖疮，剩下的部分我們?cè)诒?已經(jīng)給出：Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)的代碼放在art/目錄中。硬件抽象層的代碼在hardware/目錄中颗祝，這一部分是手機(jī)廠商改動(dòng)最大的一部分浊闪，根據(jù)手機(jī)終端所采用的硬件平臺(tái)會(huì)有不同的實(shí)現(xiàn)。
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