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剖析Android的系统架构,加强对Android编程理解和掌控

  • 时间:2017-05-16
  • 发布:Android培训
  • 来源:Android教程

在深入Android开发之前,我们有必要去详细了解下Android的系统架构,通过对Android架构的剖析,能够更清楚地理解Android编程的逻辑和方法,从而对Android开发有一个全局的掌控。

Android的系统架构
Android的系统架构


这张图是Google官方给出的架构图,想必大多数开发者都很熟悉吧。
从图中可以看出,Android大致可以分为四层架构、五块区域。下面我们就从底层开始,逐层剖析。

1. Linux内核层(LINUX KERNEL)

Android系统是基于Linux内核, 借助Linux内核服务实现硬件设备驱动,进程和内存管理,网络协议栈,电源管理,无线通信等核心功能。

-Android4.0版本之前基于Linux2.6系列内核,4.0及之后的版本使用更新的Linux3.X内核,并且两个开源项目开始有了互通。

Linux3.4增添了电源管理等更多功能,以增加与Android的硬件兼容性,使Android在更多设备上得到支持。现在android6.0仍然继续延用着linux3.4.0,而linux最新的版本已经到了4.3系列,那么为什么android没有继续去更新Linux kernel的版本也是一个值得以后慢慢探讨的课题。
Linux内核层同时也是硬件和软件栈之间的抽象层,为Android设备的各种硬件提供了底层的驱动,如

  • 显示驱动(Display Driver)、照相机驱动(Camera Driver)、蓝牙驱动(Bluetooth Driver)、闪存驱动(Flash Memeory Driver)、进程间通信驱动(IPC Driver)
  • USB驱动、键盘驱动(Keypad Driver)、WiFi驱动、音频驱动(Audio Drivers)、电源管理(Power Management)

2. 系统运行库层(LIBRARIES)

在Google官方的系统架构图中,位于Linux内核层之上的系统运行库层是应用程序框架的支撑,为Android系统中的各个组件提供服务。系统运行库层由Android的系统类库和运行时库构成。

  • 系统类库
    系统类库大部分由C/C++编写,所提供的功能通过Android应用程序框架为开发者所使用,主要的系统类库及说明如下。
    1. Surface Manager:界面管理库,执行多个应用程序时,管理子系统的显示,另外也对2D和3D图形提供支持。
    2. Media Framework:多媒体框架库,支持多种常用的音频和视频格式的播放、录制和回放,所支持的编码格式包括MPEG4,MP3,H264,AAC,ARM,还能处理静态图片文件。
    3. SQLite:本地小型关系数据库,Android提供了一些新的SQLite数据库API,以替代传统的耗费资源的JDBC API。
    4. OpenGL|ES:基于OpenGL ES 1.0API标准实现的3D跨平台图形库,提供了3D绘图的支持。
    5. FreeType:用于显示位图和矢量字体。
    6. Webkit:Web浏览器的软件引擎,提供了浏览器内核的支持。
    7. SGL:底层的2D图形引擎。
    8. SSL:安全套接层,是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。
    9. libc:函数库,继承自BSD的C函数库bionic libc,更适合基于嵌入式Linux的移动设备。

除上述列举的主要系统类库之外,Android NDK(Native Development Kit),即Android原生库,也十分重要。
NDK为开发者提供了直接使用Android系统资源,并采用C或C++语言编写程序的接口。因此,第三方应用程序可以不依赖于Dalvik虚拟机进行开发。实际上,NDK提供了一系列从C或C++生成原生代码所需要的工具,为开发者快速开发C或C++的动态库提供方便,并能自动将生成的动态库和Java应用程序一起打包成应用程序包文件,即.apk文件。

- 使用原生库无法访问应用框架层API,兼容性可能无法保障。而且从安全性角度考虑,Android原生库用非类型安全的程序语言C,C++编写,更容易产生安全漏洞,原生库的缺陷(bug)也可能更容易直接影响应用程序的安全性。
  • 系统运行时库
    Android运行时包含核心库和Dalvik虚拟机两部分。

    核心库:允许开发者使用Java语言来编写Android应用,并提供Android的核心API,如android.os,android.net,android.media等。
    Dalvik虚拟机:基于apache的java虚拟机,并被改进以适应低内存,低处理器速度的移动设备环境,是专门为移动设备定制的。Dalvik虚拟机依赖于Linux内核,实现进程隔离与线程调试管理,安全和异常管理,垃圾回收等重要功能。

3. 应用框架层(Application Framework)

这一层主要提供了构建应用程序时可能用到的各种API,Android自带的一些核心应用就是使用这些API完成的,开发者可以通过使用这些API来快速构建自己的应用程序,同时也可以通过继承实现个性化的扩展。

  • Activity Manager 活动管理器接口
    Window Manager 窗口管理器接口
    Content Providers 内容提供者接口
    View System 视图系统接口
    Notification Manager 通知管理器接口

  • Package Manager包管理器接口
    Telephony Manager 电话管理器接口
    Resource Manager 资源管理程序接口
    Location Manager 位置管理器接口
    XMPP Service 基于XMPP协议的即时通信接口

4. 应用层(Applications)

所有安装在手机上的应用程序都属于这一层,诸如SMS短信,电话拨号,图片浏览器,日历,游戏,地图,web浏览器等程序,以及开发人员自己开发的其他应用程序。

篇后语

终于将android的基本架构进行了一个系统的罗列和分析,从中我们不难发现,平时开发中最常接触是application层,一些application层应用到的东西通过应用框架层的引用一般都能在系统运行库层找到对应的踪迹,例如sqlite、webkit等,而如果想进行Android底层开发,那么Linux和C++知识则是必备的,至于想详细了解底层到达application层的开发逻辑,则需要日后慢慢去做更深一层次的探究。行文至此,Android的系统架构应该了然于心了吧。

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