android系统架构介绍

A罩杯 · 发表于 2013-8-28 16:28

4Android的系统架构和其它操作系统一样，采用了分层的架构。android分为四个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和linux核心层。
　　Android是以Linux为核心的手机操作平台，作为一款开放式的操作系统，随着Android的快速发展，如今已允许开发者使用多种编程语言来开发Android应用程序，而不再是以前只能使用Java开发Android应用程序的单一局面，因而受到众多开发者的欢迎，成为真正意义上的开放式操作系统。
　　在Android中，开发者可以使用Java作为编程语言来开发应用程序，也可以通过NDK使用C/C++作为编程语言来开发应用程序，也可使用SL4A来使用其他各种脚本语言进行编程（如：python、lua、TCL、php等等），还有其他诸如：Qt（qt for android）、Mono（mono for android）等一些著名编程框架也开始支持Android编程，甚至通过MonoDroid，开发者还可以使用C#作为编程语言来开发应用程序。另外，谷歌还在2009年特别发布了针对初学者的Android Simple语言，该语言类似Basic语言。而在网页编程语言方面，JavaScript，ajax，HTML5，jquery、sencha、dojo、mobl、PhoneGap等等都已经支持Android开发。
　　而在Android系统底层方面，Android使用C/C++作为开发语言。
　　应用程序（部分）
　　早期的Android应用程序开发，通常通过Android SDK（Android软件开发包）下使用Java作为编程语言来开发应用程序，但通过不同的软件开发包，则使用的编程语言也不同。
　　例如开发者可以通过Android NDK（Android Native开发包）使用C语言或者C++语言来作为编程语言开发应用程序。同时谷歌还推出了适合初学者编程使用的Simple语言，该语言类似微软公司的Visual Basic语言。此外，谷歌公司还推出了Google App Inventor开发工具，该开发工具可以快速地构建应用程序，方便新手开发者。
　　Java开发方面
　　Android支持使用Java作为编程语言来开发应用程序，而Android的Java开发方面从接口到功能，都有层出不穷的变化。考虑到Java虚拟机的效率和资源占用，谷歌重新设计了Android的Java，以便能提高效率和减少资源占用，因而与J2ME等不同。 Android结构其中Activity等同于J2ME的MIDlet，一个 Activity 类（Class）负责创建视窗（Windows），一个活动中的Activity就是在 foreground（前景）模式，背景运行的程序叫做Service。两者之间通过由ServiceConnection和AIDL连结，达到复数程序同时运行效果。如果运行中的 Activity 全部画面被其他 Activity 取代时，该 Activity 便被停止（Stopped），甚至被系统清除（Kill）。
　　View等同于J2ME的Displayable，程序人员可以通过 View 类与“XML layout”档将UI放置在视窗上，Android 1.5的版本可以利用 View 打造出所谓的 Widgets，其实Widget只是View的一种，所以可以使用xml来设计layout，HTC的Android Hero手机即含有大量的widget。至于ViewGroup 是各种layout 的基础抽象类（abstract class），ViewGroup之内还可以有ViewGroup。View的构造函数不需要再Activity中调用，但是Displayable的是必须的，在Activity 中，要通过findViewById()来从XML 中取得View，Android的View类的显示很大程度上是从XML中读取的。View 与事件（event）息息相关，两者之间通过Listener 结合在一起，每一个View都可以注册一个event listener，例如：当View要处理用户触碰（touch）的事件时，就要向Android框架注册View.OnClickListener。另外还有BitMap等同于J2ME的Image。
　　C/C++开发方面
　　早期的Android开发只支持Java作为编程语言开发应用程序，因而使得其他语言开发者只能望而却步。2010年4月，谷歌正式对开发者发布了Android NDK，NDK允许开发者使用C/C++作为编程语言来为Android开发应用程序，初版的NDK使得开发者看到了C/C++在Android开发中的希望。
　　但是，当前版本的NDK在功能上还有很多局限性：NDK并没有提供对应用程序生命周期的维护；NDK也不提供对Android系统中大量系统事件的支持；对于作为应用程序交互接口的UI API,当前版本的NDK中也没有提供。但是相对于初版的NDK，现在的NDK已经进行了许多重大的功能改进。
　　由此可见，NDK仍然需要完善和发展，相信未来随着NDK的发展，NDK可以做得更多更好。
　　中介软件
　　操作系统与应用程序的沟通桥梁，应用分为两层：函数层（Library）和虚拟机（Virtual Machine）。 Bionic是 Android 改良libc的版本。Android 同时包含了Webkit，所谓的Webkit 就是Apple Safari 浏览器背后的引擎。Surface flinger 是就2D或3D的内容显示到屏幕上。Android使用工具链(Toolchain)为Google自制的Bionic Libc。
　　Android采用OpenCORE作为基础多媒体框架。OpenCORE可分7大块：PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。
　　Android 使用skia 为核心图形引擎，搭配OpenGL/ES。skia与Linux Cairo功能相当，但相较于Linux Cairo, skia 功能还只是雏形的。2005年Skia公司被Google收购，2007年初，Skia GL源码被公开，目前Skia 也是Google Chrome 的图形引擎。
　　Android的多媒体数据库采用SQLite数据库系统。数据库又分为共用数据库及私用数据库。用户可通过ContentResolver类（Column）取得共用数据库。
　　Android的中间层多以Java 实现，并且采用特殊的Dalvik 虚拟机（Dalvik Virtual Machine）。Dalvik虚拟机是一种“暂存器型态”（Register Based）的Java虚拟机，变量皆存放于暂存器中，虚拟机的指令相对减少。
　　Dalvik虚拟机可以有多个实例（instance）, 每个Android应用程序都用一个自属的Dalvik虚拟机来运行，让系统在运行程序时可达到优化。Dalvik 虚拟机并非运行Java字节码（Bytecode），而是运行一种称为.dex格式的文件。
　　硬件抽像层
　　Android 的 HAL（硬件抽像层）是能以封闭源码形式提供硬件驱动模块。HAL 的目的是为了把 Android framework 与 Linux kernel 隔开，让 Android 不至过度依赖 Linux kernel，以达成 kernel independent 的概念，也让 Android framework 的开发能在不考量驱动程序实现的前提下进行发展。
　　HAL stub 是一种代理人（proxy）的概念，stub 是以 *.so 档的形式存在。Stub 向 HAL“提供”操作函数（operations），并由 Android runtime 向 HAL 取得 stub 的 operations，再 callback 这些操作函数。HAL 里包含了许多的 stub（代理人）。Runtime 只要说明“类型”，即 module ID，就可以取得操作函数。
　　系统内核
　　Android 是运行于 Linux kernel之上，但并不是GNU/Linux。因为在一般GNU/Linux 里支持的功能，Android 大都没有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic 取代Glibc、以Skia 取代Cairo、再以opencore 取代FFmpeg 等等。Android 为了达到商业应用，必须移除被GNU GPL授权证所约束的部份，例如Android将驱动程序移到 userspace，使得Linux driver 与 Linux kernel彻底分开。bionic/libc/kernel/ 并非标准的kernel header files。Android 的 kernel header 是利用工具由 Linux kernel header 所产生的，这样做是为了保留常数、数据结构与宏。
　　目前Android 的 Linux kernel控制包括安全（Security），存储器管理（Memory Management），程序管理（Process Management），网络堆栈（Network Stack），驱动程序模型（Driver Model）等。下载Android源码之前，先要安装其构建工具 Repo来初始化源码。Repo 是 Android 用来辅助Git工作的一个工具。
　　安全权限机制
　　Android本身是一个权限分立的操作系统。在这类操作系统中，每个应用都以唯一的一个系统识别身份运行（Linux用户ID与群组ID）。系统的各部分也分别使用各自独立的识别方式。Linux就是这样将应用与应用，应用与系统隔离开。
　　系统更多的安全功能通过权限机制提供。权限可以限制某个特定进程的特定操作，也可以限制每个URI权限对特定数据段的访问。
　　Android安全架构的核心设计思想是，在默认设置下，所有应用都没有权限对其他应用、系统或用户进行较大影响的操作。这其中包括读写用户隐私数据（联系人或电子邮件），读写其他应用文件，访问网络或阻止设备待机等。
　　安装应用时，在检查程序签名提及的权限，且经过用户确认后，软件包安装器会给予应用权限。从用户角度看，一款Android应用通常会要求如下的权限：
　　拨打电话、发送短信或彩信、修改/删除SD卡上的内容、读取联系人的信息、读取日程信的息，写入日程数据、读取电话状态或识别码、精确的（基于GPS）地理位置、模糊的（基于网络获取）地理位置、创建蓝牙连接、对互联网的完全访问、查看网络状态，查看WiFi状态、避免手机待机、修改系统全局设置、读取同步设定、开机自启动、重启其他应用、终止运行中的应用、设定偏好应用、震动控制、拍摄图片等。
　　一款应用应该根据自身提供的功能，要求合理的权限。用户也可以分析一款应用所需权限，从而简单判定这款应用是否安全。如一款应用是不带广告的单机版，也没有任何附加的内容需要下载，那么它要求访问网络的权限就比较可疑

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