Android剖析和运行机制

http://www.2cto.com/kf/201401/272073.html

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。

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：
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

Android内核源码可以通过如下http://git.android.com获取
2 本地库
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

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

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。
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 implementationtypedef 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

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）

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。

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

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

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

Runtime进程发送请求给Zygote来启动System Service

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。

System Service启动本地系统服务器，包括： Surface FlingerAudio Flinger

本地system servers注册Servicee Manager作为IPC service目标：

System Service启动Android管理服务：

Android管理服务注册到Service Manager中：

到此，整个Android系统的启动后：

System Server加载完所有的services后，系统准备...

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:

举例：Location Manager

Android Native Services：

举例：

Daemon Connection：

举例：RILD

更多相关文章

随机推荐