大纲:
1. Android剖析
Linux内核本地库(Native Libraries)Android运行时(Android Runtime)应用框架
2. Android运行机制
启动流程层间交互(Layer Interaction)
一、 Android剖析
如下图所示为Android的架构图
1. Linux内核
Android系统基于Linux内核,但是Android不是Linux。没有本地的窗口系统。没有glibc库的支持。不包括完整的标准Linux工具集。标准的Linux 2.6.24内核。内核增强补丁来支持Android。
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1) 为什么选择Linux内核? 强大的内核和进程管理。基于权限的安全模型。可靠的驱动模型。支持共享库。已经是开源的。
2)内核增强 AlarmAshmemBinderPower ManagementLow Memory KillerKernel DebuggerLogger Binder介绍 问题: 应用和服务会运行在各自的进程当中,而进程之间必须要通信和共享数据。而IPC(进程间通信)会引入巨大的处理开销和安全漏洞。
解决方法: 使用驱动来协助进程间通信(IPC)。通过共享内存来获得高性能。对于处理请求,每个进程一个线程池。引用计数,对象的引用是跨进程映射的。进程之间是同步调用。
Binder的实现机制如下图所示:
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Android的接口定义语言(AIDL)见:http://developer.android.com/guide/components/aidl.html
PM介绍 问题: 移动设备是依赖电池供电来运行的,电池只有有限的容量。
解决方法: 基于Linux的功率管理(PM)构建更加强大的功率管理策略通过“wake locks”来进行功率管理支持不同类型的wake locks Android中的PM实现: 如下图中所示
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Android内核源码可以通过如下http://git.android.com获取
2 本地库
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本地库包括: Bionic LibcFunction LibrariesNative ServersHardware Abstraction Libraries
什么是Bionic? 定制的libc实现,优化用于嵌入式。
为什么选用Bionic? 为什么要构建一个定制的libc库呢?主要从如下方面考虑: 许可证:从用户角度,保持GPL许可。大小:由于将加载到各个进程,所以需要比较小。速率:有限的CPU能力意味着我们需要足够的快。 对于Bionic libc: BSD许可小而快的代码路径非常快和小的定制的pthread实现内置支持重要的特定Androud服务,像1)系统属性,getprop(my.system.property, buff, default); 2)log能力,LOGI(Logging a message with priority 'Info' );不支持某些POSIX特性。与GNU Libc(glibc)不兼容。由于Native代码必须依赖bionic来进行编译。
功能库(Function Libraries) WebKit 基于开源的WebKit浏览器:http://www.webkit.org在全视图渲染页完全支持CSS,Javascript,DOM,AJAX支持单列和自适应的视图渲染 Media Framework 基于PacketVideo OpenCORE平台支持标准的video,audio,still-frame格式支持硬件/软件编码器插件
SQLite 轻量级事务性数据存储大多数平台的后端数据存储
Native Servers
主要有两大类Surface Flinger和Audio Flinger 对于Surface Flinger 提供系统范围的外观“组合器”,处理所有的外观渲染到帧buffer设备中。可以结合2D与3D外观和多个应用的外观。Surfaces传递是作为Buffer来通过Binder IPC调用。可以使用OpenGL ES和2D硬件加速器作为其组成部分。使用page-flip的双buffer机制。 如下图展示所示
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对于Audio Flinger 管理所有的audio输出设备。处理多个audio流到PCM audio 输出路径。处理audio路由到各个输出。 如下图示意
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硬件抽象层(HAL) 硬件抽象层在Android系统层次结构中的位置如下图所示。
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硬件抽象层具有如下特点: 用户空间C/C++库层。定义了接口,以便让Android请求硬件“驱动”来实现。分离了Android平台逻辑和硬件接口。
那么为什么在Android中需要一个用户空间的HAL呢?主要有如下原因: 不是所有的组件具有标准的内核驱动接口;内核驱动是GPL的,其将暴露了所有的知识产权;Android对于硬件驱动具有特定的要求。
HAL Header例子:
// must be provided by each Acme hardware implementation typedef struct { int (*foo)( void ); char (*bar)( void ); … } AcmeFunctions; const AcmeFunctions *Acme_Init(const struct Env *env, int argc, char **argv);
库在runtime时按需动态加载
dlHandle = dlopen(“/system/lib/libacme.so”, RTLD_NOW); ... acmeInit = (const AcmeFunctions *(*)(const struct Env *, int, char **))dlsym(dlHandle, ”Acme_Init); ... acmeFuncs = acmeInit(&env, argc, argv);
3.Android Runtime
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Dalvik虚拟机 是Android中定制的净化实现的虚拟机,由于如下特点: 提供了应用程序的可移植性和运行时的一致性运行优化的文件格式(.dex)和Dalvik字节Java .class/ .jar文件在构建时转换为.dex格式 Dalvik设计用于嵌入式环境 在每个设备上支持多个虚拟机进程;高度优化CPU的字节码解释器;高效的使用runtime内存。
核心库(Core Libraries) Java语言的Core APIs提供了功能强大的,同时简单和熟悉的开发平台。 数据结构(Data Structure)工具(Utilities)文件访问(File Access)网络访问(Network Access)图形(Graphics)...
4. 应用框架(Application Frameworks)
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核心平台服务(Core Platform Services),具有如下特性: 对于Android平台来说,服务(Services)是必需的。在幕后 —— 应用不会直接访问它们。 主要有如下的服务: Activity ManagerPackage ManagerWindow ManagerResource ManagerContent ProviderView System
硬件服务(Hardware Services) 提供访问底层的硬件APIs。典型地通过局部的Manager对象来访问。例如:
LocationManager lm = (LocationManager)Context.getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE);
主要有如下的硬件服务: Telephony ServiceLocation ServiceBluetooth ServiceWIFI ServiceUSB ServiceSensor Service 更多的关于应用框架的信息参考: Google I/O :“Inside the Androoid Application Framework”Online :http://code.google.com/android
二、Android运行机制 1. 启动流程 所有从init开始...
与大多数的基于Linux系统在启动阶段类似,bootLoader加载Linux内核,然后开始init进程。
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init启动Linux守护进程,包括: USB守护进程(usbd)来管理USB连接Android调试桥守护进程(adbd)来管理ADB连接调试器守护进程(debuggerd)来管理调试进程请求(dump memory等等)射频接口层守护进程(rild)来管理与射频的通信
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Init进程启动zygote进程: 一个新生的进程初始化一个Dalvik VM实例加载类,并监听socket端口用于请求创建VMs实例Forks请求创建VM实例用于管理进程写时复制(Copy-on-write)来最大化重用和最小化覆盖
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init进程启动runtime进程: 初始化Service Manager——上下文管理器用于binder来处理service注册和查询注册Service Manager作为缺省的上下文管理用于Binder
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Runtime进程发送请求给Zygote来启动System Service
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接着Zygote进程fork一个新的VM实例用于System Service进程,然后启动该service。
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System Service启动本地系统服务器,包括: Surface FlingerAudio Flinger
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本地system servers注册Servicee Manager作为IPC service目标:
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System Service启动Android管理服务:
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Android管理服务注册到Service Manager中:
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到此,整个Android系统的启动后:
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System Server加载完所有的services后, 系统准备...
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2. 层间交互(Layer Interaction) 主要有如下三种类型的交互: App -> Runtime Service -> libApp -> Runtime Service -> Native Service -> libApp -> Runtime Service -> Native Daemon -> lib
Android Runtime Services:
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举例:Location Manager
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Android Native Services:
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举例:
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Daemon Connection:
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举例:RILD
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