Android系统架构与系统源码目录

爱被打了一巴掌 2022-07-11 14:10 162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][Link 1]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][SouthEast]

#### 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 ][Java 1]Framework。下面来看这一层所提供的主要的组件。

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 #####

C/C++程序库能被Android系统中的不同组件所使用，并通过应用程序框架为开发者提供服务，主要的C/C++程序库如下表2所示。

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][Link 2]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][Link 3]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/][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][http_pan.baidu.com_s_1ngsZs]，它提供了多个Android版本的的源码下载。

#### 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 style="width:948px; border-collapse:collapse; border-spacing:0px; border:1px solid rgb(238,238,238); color:rgb(85,85,85); font-family:'microsoft yahei'; font-size:14px; line-height:35px"> 
 <thead style=""> 
  <tr style=""> 
   <th align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> Android源码根目录</th> 
   <th align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody style=""> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> abi</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 应用程序二进制接口</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> art</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 全新的ART运行环境</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> bionic</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 系统C库</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> bootable</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 启动引导相关代码</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> build</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 存放系统编译规则及generic等基础开发包配置</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> cts</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> Android兼容性测试套件标准</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> dalvik</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> dalvik虚拟机</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> developers</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 开发者目录</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> development</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 应用程序开发相关</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> device</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 设备相关配置</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> docs</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 参考文档目录</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> external</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 开源模组相关文件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> frameworks</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 应用程序框架，Android系统核心部分，由Java和C++编写</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> hardware</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 主要是硬件抽象层的代码</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> libcore</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 核心库相关文件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> libnativehelper</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 动态库，实现JNI库的基础</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> ndk</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 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 style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> out</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 编译完成后代码输出在此目录</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> packages</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 应用程序包</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> pdk</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> Plug Development Kit 的缩写，本地开发套件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> platform_testing</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 平台测试</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> prebuilts</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> x86和arm架构下预编译的一些资源</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> sdk</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> sdk和模拟器</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> system</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 底层文件系统库、应用和组件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> toolchain</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 工具链文件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> tools</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 工具文件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> Makefile</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 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。

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 style="width:948px; border-collapse:collapse; border-spacing:0px; border:1px solid rgb(238,238,238); color:rgb(85,85,85); font-family:'microsoft yahei'; font-size:14px; line-height:35px"> 
 <thead style=""> 
  <tr style=""> 
   <th align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> /frameworks/base目录</th> 
   <th align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 描述</th> 
   <th align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> /frameworks/base目录</th> 
   <th align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody style=""> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> api</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 定义API</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> cmds</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 重要命令：am、app_proce等</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> core</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 核心库</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> data</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 字体和声音等数据文件</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> docs</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 文档</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> graphics</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 图形图像相关</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> include</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 头文件</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> keystore</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 和数据签名证书相关</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> libs</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 库</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> location</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 地理位置相关库</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> media</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 多媒体相关库</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> native</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 本地库</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> nfc-extras</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> NFC相关</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> obex</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 蓝牙传输</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> opengl</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 2D/3D 图形API</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> packages</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 设置、TTS、VPN程序</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> sax</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> XML解析器</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> services</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 系统服务</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> telephony</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 电话通讯管理</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> test-runner</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 测试工具相关</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> tests</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 测试相关</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> tools</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> 工具</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> wifi</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> wifi无线网络</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> &nbsp;</td> 
   <td align="center" style="padding:8px; line-height:20px; vertical-align:top; border:1px solid rgb(238,238,238)"> &nbsp;</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。

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。

[Android]: http://lib.csdn.net/base/android
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/architecture
[Linux]: http://lib.csdn.net/base/linux
[SouthEast]: /images/20220711/448c6e477a36488a88bb5f7fc444bdc8.png
[Java]: http://lib.csdn.net/base/javase
[Java 1]: http://lib.csdn.net/base/java
[Link 2]: http://lib.csdn.net/base/operatingsystem
[Link 3]: http://lib.csdn.net/base/softwaretest
[http_androidxref.com]: http://androidxref.com/
[https_mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn_help_AOSP]: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/AOSP/
[http_pan.baidu.com_s_1ngsZs]: http://pan.baidu.com/s/1ngsZs