Android系统架构与系统源码目录

曾经终败给现在 2021-06-26 16:06 367阅读 0赞

# 前言 #

技术博客终于可以恢复正常的更新速度了，原因是我编写的进阶书籍的初稿已经完成，窃以为它将会是Android应用书籍中最有深度的一本，可以说是《Android开发艺术探索》的姊妹篇。在这本书的最后一章我会分析Android底层源码，但是毕竟是一本Android应用开发的书，对于底层源码阅读也只能带大家入个门。因此，在博客中我会新开一个“系统源码解析”的系列，该系列的开篇就是本篇文章。

## 1.Android系统架构 ##

**Android系统架构分为五层，从上到下依次是应用层、应用框架层、系统运行库层、硬件抽象层和Linux内核层。**  
![这里写图片描述][20181104160348996.png]

### 应用层 ###

系统内置的应用程序以及非系统级的应用程序都是属于应用层。负责与用户进行直接交互，通常都是用Java进行开发的。

### 应用框架层（Java Framework) ###

应用框架层为开发人员提供了可以开发应用程序所需要的API，我们平常开发应用程序都是调用的这一层所提供的API，当然也包括系统的应用。这一层的是由Java代码编写的，可以称为Java Framework。下面来看这一层所提供的主要的组件。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">名称</th> 
   <th align="left">功能描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">Activity Manager(活动管理器)</td> 
   <td align="left">管理各个应用程序生命周期以及通常的导航回退功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Location Manager(位置管理器)</td> 
   <td align="left">提供地理位置以及定位功能服务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Package Manager(包管理器)</td> 
   <td align="left">管理所有安装在Android系统中的应用程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Notification Manager(通知管理器)</td> 
   <td align="left">使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Resource Manager（资源管理器）</td> 
   <td align="left">提供应用程序使用的各种非代码资源，如本地化字符串、图片、布局文件、颜色文件等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Telephony Manager(电话管理器)</td> 
   <td align="left">管理所有的移动设备功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Window Manager（窗口管理器）</td> 
   <td align="left">管理所有开启的窗口程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Content Providers（内容提供器）</td> 
   <td align="left">使得不同应用程序之间可以共享数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">View System（视图系统）</td> 
   <td align="left">构建应用程序的基本组件</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表1

### 系统运行库层（Native) ###

系统运行库层分为两部分，分别是C/C++程序库和Android运行时库。下面分别来介绍它们。

#### 1.C/C++程序库 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">名称</th> 
   <th align="left">功能描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">OpenGL ES</td> 
   <td align="left">3D绘图函数库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Libc</td> 
   <td align="left">从BSD继承来的标准C系统函数库，专门为基于嵌入式Linux的设备定制</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Media Framework</td> 
   <td align="left">多媒体库，支持多种常用的音频、视频格式录制和回放。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">SQLite</td> 
   <td align="left">轻型的关系型数据库引擎</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">SGL</td> 
   <td align="left">底层的2D图形渲染引擎</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">SSL</td> 
   <td align="left">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</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">FreeType</td> 
   <td align="left">可移植的字体引擎，它提供统一的接口来访问多种字体格式文件</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表2

#### 2.Android运行时库 ####

运行时库又分为核心库和ART(5.0系统之后，`Dalvik`虚拟机被`ART`取代)。核心库提供了Java语言核心库的大多数功能，这样开发者可以使用Java语言来编写Android应用。相较于`JVM`，`Dalvik`虚拟机是专门为移动设备定制的，允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例，并且每一个`Dalvik` 应用作为一个独立的Linux 进程执行。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。而替代Dalvik虚拟机的ART 的机制与Dalvik 不同。在Dalvik下，应用每次运行的时候，字节码都需要通过即时编译器转换为机器码，这会拖慢应用的运行效率，而在ART 环境中，应用在第一次安装的时候，字节码就会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用。

### 硬件抽象层（HAL) ###

硬件抽象层是位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层，其目的在于将硬件抽象化，为了保护硬件厂商的知识产权，它隐藏了特定平台的硬件接口细节，为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，可在多种平台上进行移植。 从软硬件测试的角度来看，软硬件的测试工作都可分别基于硬件抽象层来完成，使得软硬件测试工作的并行进行成为可能。通俗来讲，就是将控制硬件的动作放在硬件抽象层中。

### Linux内核层 ###

Android 的核心系统服务基于Linux 内核，在此基础上添加了部分Android专用的驱动。系统的安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等都依赖于该内核。  
Android系统的五层架构就讲到这，了解以上的知识对以后分析系统源码有很大的帮助。

## 2.Android系统源码目录 ##

我们要先了解Android系统源码目录，为后期源码学习打下基础。关于源码的阅读，你可以访问http://androidxref.com/来阅读系统源码。当然，最好是将源码下载下来。下载源码可以使用清华大学开源软件镜像站提供的Android 镜像：[https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/AOSP/][https_mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn_help_AOSP] 。如果觉得麻烦也可以查找国内的网盘进行下载，推荐使用该百度网盘地址下载：[http://pan.baidu.com/s/1ngsZs，它提供了多个Android版本的的源码下载。][http_pan.baidu.com_s_1ngsZs_Android]

### 整体结构 ###

各个版本的源码目录基本是类似，如果是编译后的源码目录会多增加一个out文件夹，用来存储编译产生的文件。Android7.0的根目录结构说明如下表所示。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">Android源码根目录</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">abi</td> 
   <td align="left">应用程序二进制接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">art</td> 
   <td align="left">全新的ART运行环境</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">bionic</td> 
   <td align="left">系统C库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">bootable</td> 
   <td align="left">启动引导相关代码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">build</td> 
   <td align="left">存放系统编译规则及generic等基础开发包配置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">cts</td> 
   <td align="left">Android兼容性测试套件标准</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">dalvik</td> 
   <td align="left">dalvik虚拟机</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">developers</td> 
   <td align="left">开发者目录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">development</td> 
   <td align="left">应用程序开发相关</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">device</td> 
   <td align="left">设备相关配置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">docs</td> 
   <td align="left">参考文档目录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">external</td> 
   <td align="left">开源模组相关文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">frameworks</td> 
   <td align="left">应用程序框架，Android系统核心部分，由Java和C++编写</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">hardware</td> 
   <td align="left">主要是硬件抽象层的代码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">libcore</td> 
   <td align="left">核心库相关文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">libnativehelper</td> 
   <td align="left">动态库，实现JNI库的基础</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">ndk</td> 
   <td align="left">NDK相关代码，帮助开发人员在应用程序中嵌入C/C++代码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">out</td> 
   <td align="left">编译完成后代码输出在此目录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">packages</td> 
   <td align="left">应用程序包</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">pdk</td> 
   <td align="left">Plug Development Kit 的缩写，本地开发套件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">platform_testing</td> 
   <td align="left">平台测试</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">prebuilts</td> 
   <td align="left">x86和arm架构下预编译的一些资源</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">sdk</td> 
   <td align="left">sdk和模拟器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">system</td> 
   <td align="left">底层文件系统库、应用和组件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">toolchain</td> 
   <td align="left">工具链文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">tools</td> 
   <td align="left">工具文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Makefile</td> 
   <td align="left">全局Makefile文件，用来定义编译规则</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表3

从表3可以看出，系统源码分类清晰，并且内容庞大且复杂。接下来分析`packages`中的内容，也就是应用层部分。

### 应用层部分 ###

应用层位于整个Android系统的最上层，开发者开发的应用程序以及系统内置的应用程序都是在应用层。源码根目录中的packages目录对应着系统应用层。它的目录结构如表4所示。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">packages目录</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">apps</td> 
   <td align="left">核心应用程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">experimental</td> 
   <td align="left">第三方应用程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">inputmethods</td> 
   <td align="left">输入法目录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">providers</td> 
   <td align="left">内容提供者目录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">screensavers</td> 
   <td align="left">屏幕保护</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">services</td> 
   <td align="left">通信服务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">wallpapers</td> 
   <td align="left">墙纸</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表4

从目录结构可以发现，`packages`目录存放着系统核心应用程序、第三方的应用程序和输入法等等，这些应用都是运行在系统应用层的，因此`packages`目录对应着系统的应用层。

### 应用框架层部分 ###

应用框架层是系统的核心部分，一方面向上提供接口给应用层调用，另一方面向下与C/C++程序库以及硬件抽象层等进行衔接。 应用框架层的主要实现代码在`/frameworks/base`和`/frameworks/av`目录下，其中`/frameworks/base`目录结构如表5所示。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">/frameworks/base目录</th> 
   <th align="left">描述</th> 
   <th align="left">/frameworks/base目录</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">api</td> 
   <td align="left">定义API</td> 
   <td align="left">cmds</td> 
   <td align="left">重要命令：am、app_proce等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">core</td> 
   <td align="left">核心库</td> 
   <td align="left">data</td> 
   <td align="left">字体和声音等数据文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">docs</td> 
   <td align="left">文档</td> 
   <td align="left">graphics</td> 
   <td align="left">图形图像相关</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">include</td> 
   <td align="left">头文件</td> 
   <td align="left">keystore</td> 
   <td align="left">和数据签名证书相关</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">libs</td> 
   <td align="left">库</td> 
   <td align="left">location</td> 
   <td align="left">地理位置相关库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">media</td> 
   <td align="left">多媒体相关库</td> 
   <td align="left">native</td> 
   <td align="left">本地库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">nfc-extras</td> 
   <td align="left">NFC相关</td> 
   <td align="left">obex</td> 
   <td align="left">蓝牙传输</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">opengl</td> 
   <td align="left">2D/3D 图形API</td> 
   <td align="left">packages</td> 
   <td align="left">设置、TTS、VPN程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">sax</td> 
   <td align="left">XML解析器</td> 
   <td align="left">services</td> 
   <td align="left">系统服务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">telephony</td> 
   <td align="left">电话通讯管理</td> 
   <td align="left">test-runner</td> 
   <td align="left">测试工具相关</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">tests</td> 
   <td align="left">测试相关</td> 
   <td align="left">tools</td> 
   <td align="left">工具</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">wifi</td> 
   <td align="left">wifi无线网络</td> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表5

### C/C++程序库部分 ###

系统运行库层（`Native`)中的 C/C++程序库的类型繁多，功能强大，C/C++程序库并不完全在一个目录中，这里给出几个常用且比较重要的C/C++程序库所在的目录位置。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">目录位置</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">bionic/</td> 
   <td align="left">Google开发的系统C库，以BSD许可形式开源。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">/frameworks/av/media</td> 
   <td align="left">系统媒体库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">/frameworks/native/opengl</td> 
   <td align="left">第三方图形渲染库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">/frameworks/native/services/surfaceflinger</td> 
   <td align="left">图形显示库，主要负责图形的渲染、叠加和绘制等功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">external/sqlite</td> 
   <td align="left">轻量型关系数据库SQLite的C++实现</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表6  
讲完 C/C++程序库部分，剩下的部分我们在表3已经给出：Android运行时库的代码放在`art/`目录中。硬件抽象层的代码在`hardware/`目录中，这一部分是手机厂商改动最大的一部分，根据手机终端所采用的硬件平台会有不同的实现。

[20181104160348996.png]: /images/20210626/7083cd05580841e7951464a897d77684.png
[https_mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn_help_AOSP]: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/AOSP/
[http_pan.baidu.com_s_1ngsZs_Android]: http://pan.baidu.com/s/1ngsZs%EF%BC%8C%E5%AE%83%E6%8F%90%E4%BE%9B%E4%BA%86%E5%A4%9A%E4%B8%AAAndroid%E7%89%88%E6%9C%AC%E7%9A%84%E7%9A%84%E6%BA%90%E7%A0%81%E4%B8%8B%E8%BD%BD%E3%80%82