Android内核介绍

http://hi.baidu.com/ef_liang/blog/item/0979cdf97dc1a311a8d311ce.html

 

 

已经有一些的文章介绍Android内核了，本系列篇将从Linux内核的角度来分析Android的内核，希望给初学者提够有用的信息。本章将简单的介绍Android内核的全貌，起到一个抛砖引玉的作用。从下一篇开始将详细介绍每一个Android内核驱动程序及其作用。

 

Android内核是基于Linux 2.6内核的（目前最新开发版本是2.6.31），它是一个增强内核版本，除了修改部分Bug外，它提供了用于支持Android平台的设备驱动，其核心驱动主要包括：

 

Android Binder，基于OpenBinder框架的一个驱动，用于提供Android平台的进程间通讯（IPC，inter-process communication）。

    源代码位于drivers/staging/android/binder.c

 

Android电源管理（PM），一个基于标准Linux电源管理系统的轻量级的Android电源管理驱动，针对嵌入式设备做了很多优化。

    源代码位于kernel/power/earlysuspend.c

                        kernel/power/consoleearlysuspend.c

                        kernel/power/fbearlysuspend.c

                        kernel/power/wakelock.c

                        kernel/power/userwakelock.c

 

低内存管理器（Low Memory Killer），相对于Linux标准OOM（Out Of Memory）机制更加灵活，它可以根据需要杀死进程来释放需要的内存。

    源代码位于drivers/staging/android/lowmemorykiller.c

 

匿名共享内存（ashmem），为进程间提供大块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。

    源代码位于mm/ashmem.c

 

Android PMEM（Physical），PMEM用于向用户空间提供连续的物理内存区域，DSP和某些设备只能工作在连续的物理内存上。

    源代码位于drivers/misc/pmem.c

 

Android Logger，一个轻量级的日志设备，用于抓取Android系统的各种日志。

    源代码位于drivers/staging/android/logger.c

 

Android Alarm，提供了一个定时器用于把设备从睡眠状态唤醒，同时它也提供了一个即使在设备睡眠时也会运行的时钟基准，

    源代码位于drivers/rtc/alarm.c

 

USB Gadget驱动，一个基于标准Linux USB gadget驱动框架的设备驱动，Android的USB驱动是基于gaeget框架的，

    源代码位于drivers/usb/gadget/

 

Android Ram Console，为了提供调试功能，Android允许将调试日志信息写入一个被称为RAM Console的设备里，它是一个基于RAM的Buffer。

    源代码位于drivers/staging/android/ram_console.c。

 

Android timed device，提供了对设备进行定时控制功能，目前支持vibrator和LED设备。

    源代码位于drivers/staging/android/timed_output.c(timed_gpio.c)。

 

Yaffs2文件系统，Android采用Yaffs2作为MTD nand flash文件系统，源代码位于fs/yaffs2/目录下。Yaffs2是一个快速稳定的应用于NAND和NOR Flash的跨平台的嵌入式设备文件系统，同其他Flash文件系统相比，Yaffs2使用更小的内存来保存他的运行状态，因此它占用内存小；Yaffs2的垃圾回收非常简单而且快速，因此能达到更好的性能；Yaffs2在大容量的NAND Flash上性能表现尤为明显，非常适合大容量的Flash存储。

 

 

Android内核添加或修改的文件很多，下面的列表描述了Android Emulator内核的文件：

 

drivers/misc/kernel_debugger.c

drivers/misc/pmem.c

drivers/misc/qemutrace/qemu_trace_sysfs.c

drivers/misc/qemutrace/qemu_trace.c

drivers/misc/qemutrace/qemu_trace.h

drivers/misc/uid_stat.c

drivers/staging/android/lowmemorykiller.c

drivers/staging/android/logger.c

drivers/staging/android/timed_output.h

drivers/staging/android/ram_console.c

drivers/staging/android/timed_gpio.c

drivers/staging/android/logger.h

drivers/staging/android/binder.h

drivers/staging/android/binder.c

drivers/staging/android/timed_output.c

drivers/staging/android/timed_gpio.h

drivers/rtc/alarm.c

drivers/rtc/rtc-goldfish.c

drivers/net/pppolac.c

drivers/net/ppp_mppe.c

drivers/net/pppopns.c

drivers/video/goldfishfb.c

drivers/switch/switch_class.c

drivers/switch/switch_gpio.c

drivers/char/dcc_tty.c

drivers/char/goldfish_tty.c

drivers/watchdog/i6300esb.c

drivers/input/misc/gpio_event.c

drivers/input/misc/gpio_input.c

drivers/input/misc/gpio_output.c

drivers/input/misc/keychord.c

drivers/input/misc/gpio_axis.c

drivers/input/misc/gpio_matrix.c

drivers/input/keyreset.c

drivers/input/keyboard/goldfish_events.c

drivers/input/touchscreen/synaptics_i2c_rmi.c

drivers/usb/gadget/android.c

drivers/usb/gadget/f_adb.h

drivers/usb/gadget/f_mass_storage.h

drivers/usb/gadget/f_adb.c

drivers/usb/gadget/f_mass_storage.c

drivers/mmc/host/goldfish.c

drivers/power/goldfish_battery.c

drivers/leds/ledtrig-sleep.c

drivers/mtd/devices/goldfish_nand_reg.h

drivers/mtd/devices/goldfish_nand.c

kernel/power/earlysuspend.c

kernel/power/consoleearlysuspend.c

kernel/power/fbearlysuspend.c

kernel/power/wakelock.c

kernel/power/userwakelock.c

kernel/cpuset.c

kernel/cgroup_debug.c

kernel/cgroup.c

mm/ashmem.c

include/linux/ashmem.h

include/linux/switch.h

include/linux/keychord.h

include/linux/earlysuspend.h

include/linux/android_aid.h

include/linux/uid_stat.h

include/linux/if_pppolac.h

include/linux/usb/android.h

include/linux/wifi_tiwlan.h

include/linux/android_alarm.h

include/linux/keyreset.h

include/linux/synaptics_i2c_rmi.h

include/linux/android_pmem.h

include/linux/kernel_debugger.h

include/linux/gpio_event.h

include/linux/wakelock.h

include/linux/if_pppopns.h

net/ipv4/sysfs_net_ipv4.c

net/ipv4/af_inet.c

net/ipv6/af_inet6.c

net/bluetooth/af_bluetooth.c

security/commoncap.c

fs/proc/base.c

Android内核配置

Android是基于Linux的，对于一个新的设备，我们首先要编译一个支持Android的Kernel，那么如何使你的Kernel Android化呢？除了要移植前面提到的驱动之外，就是如何配置你的Kernel来支持Android平台，这可以参考Goldfish的内核配置文件- arch/arm/configs/goldfish_defconfig。

一般来说，我们会基于一个平台标准内核配置选项来配置Android内核，你可以根据具体的硬件平台来选择Android内核的配置选项，可以参考下面的Android内核配置列表：

 

一般需要支持的内核选项

 

ANDROID_PARANOID_NETWORK

ASHMEM

CONFIG_FB_MODE_HELPERS

CONFIG_FONT_8x16

CONFIG_FONT_8x8

CONFIG_YAFFS_SHORT_NAMES_IN_RAM

DAB

EARLYSUSPEND

FB

FB_CFB_COPYAREA

FB_CFB_FILLRECT

FB_CFB_IMAGEBLIT

FB_DEFERRED_IO

FB_TILEBLITTING

HIGH_RES_TIMERS

INOTIFY

INOTIFY_USER

INPUT_EVDEV

INPUT_GPIO

INPUT_MISC

LEDS_CLASS

LEDS_GPIO

LOCK_KERNEL

LkOGGER

LOW_MEMORY_KILLER

MISC_DEVICES

NEW_LEDS

NO_HZ

POWER_SUPPLY

PREEMPT

RAMFS

RTC_CLASS

RTC_LIB

SWITCH

SWITCH_GPIO

TMPFS

UID_STAT

UID16

USB_FUNCTION

USB_FUNCTION_ADB

USER_WAKELOCK

VIDEO_OUTPUT_CONTROL

WAKELOCK

YAFFS_AUTO_YAFFS2

YAFFS_FS

YAFFS_YAFFS1

YAFFS_YAFFS2

 

但是Android推荐不要支持下面两个功能：

CONFIG_YAFFS_DISABLE_LAZY_LOAD

DNOTIFY

 

配置好后，就可以用Toolchain来编译内核了。编译内核比较简单，以Emulator的kernel为例：

    - git clone git://android.kernel.org/kernel/common.git kernel-emulator

    - cd kernel-emulator

    - export ARCH=arm

    - export CROSS_COMPILE=arm-eabi-

    - export PATH=<CROSS_COMPIL_TOOLCHAIN_PATH_DIR>PATH

    - make goldfish_defconfig

    - make

 

google对2.6.25内核里做了什么改动呢？

 

    有家公司专门比较了标准内核和android内核，发现google修改了75个文件，增加了88个文件。改公司还对这些被修改的和新增的文件做了注解。

 

Goldfish -- 44 Files

 

Android模拟器运行了一个被google 叫做“金鱼"的虚拟CPU.金鱼运行arm926t指令集（arm926t是属于armv5架构）；并且仿真了输入输出：比如键盘输入和LCD 输出。这个模拟器其实是在qemu之上开发的，输入输出基于libSDL.

 

内核里这个Goldfish接口实现了这个虚拟“金鱼”CPU的一些接口，如果想在真实设备上运行android,这些接口肯定要去掉的。

 

arm926ej的介绍见http://www.arm.com/products/CPUs/ARM926EJ-S.html

 

YAFFS2 -- 35 Files

 

不同于PC机，文件是存储在硬盘上的；手机使用FLASH作为存储介质。HTC的G1使用NANDFLASH——这中存储目前已经相当普及了,而且种类也颇多，(SLC,MLC等等），存储密度也越来越高（已经出现几十G大小的NANDFLASH)，价格也越来越低。

 

YAFFS2是专门用在FLASH上的文件系统，“YAFFS2”是"Yet Another Flash File System, 2nd edition"的缩写。YAFFS2为Linux内核提供了一个高效访问NANDFLASH的接口。但是NANDFLASH的支持并不包含在标准的2.6.25内核中，所以Google在其中添加了对NANDFLASH的支持。

 

蓝牙 -- 10 files

 

在蓝牙通讯协议栈里Google修改了10个文件。这些改动解决了一些跟蓝牙耳机相关的明显的bug，以及一些蓝牙调试和访问控制相关的函数。

 

调度器 -- 5 files

 

Android内核还修改了进程调度和时钟相关策略，这个改动就比较深入了。其目的和效果估计在一段时间后才能找到。

 

为android新增的功能 -- 28 files

 

除了修正一些bug以及其他的改动，android还增加了一些新的“子系统”，这些系统都比较重要。

 

IPC Binder

 

IPC Binder是一种IPC(进程间通信）机制。它是的进程能够为其他进程提供服务——还是通过标准的linux系统调用api。IPC Binder的概念起源于一家叫做“Be.Inc"的公司，在Google之前就已经被然后被用到Palm软件里去了。

 

Low Memory Killer

 

其实内核里已经有一个类似的功能， 叫做"oom killer",就是out of memory killer,当内存不够的时候，改策略会试图结束一个进程。不知道为什么Google重新实现了这个策略。

 

Ashmem

 

Ashmem,全程Anonymous SHared MEMory,翻译成中文就是匿名共享内存。这个功能使得进程间能够共享大块的内存。比如说，系统可以使用Ashmem保存一些图标，多个应用程序可以访问这个共享内存来获取图标。Ashmem为内核提供了一种回收这些使用完的共享内存块的办法,如果一个进程试图访问这些已经被回收的内存块，它将会得到错误的返回值，以便它重新进行内存块分配和数据初始化。

 

RAM Console and Log Device

 

为了调试方便，Android添加了一个功能，使得调试信息可以输入到一个内存块中。此外，Android添加了一个独立的日志模块，这样用户空间的进程能够读写日志消息，调试打印信息等。

 

Android Debug Bridge

 

嵌入式设备的调试的确比较麻烦。为了便于调试，google设计了这个调试工具，可以叫做"ADB"，使用USB作为连接方式,ADB可以看作是链接android的设备和PC机的一套协议。

 

Android 还添加了其他的东西，比如 real-time clock, switch，timed GPIO。

 

Power Management -- 5 files

 

电源管理对于移动设备来说相当重要，也是最复杂，开发难度最高的一个功能。Google添加了一个新的电源管理系统，并没有原先apm,dpm等。

 

其他修改 -- 36 files

 

除了上述改动之外，还有一些小改动，比如新增的额外的调试功能， 键盘背光控制，TCP 网络管理等等，共涉及36个文件。

 

根据上述，google对标准的内核做了很大的改动。相比其他的项目，比如Nokia N810,Openmoko等项目中，内核的改动仅仅是增加了某个平台的支持。所以移植最快也是最可能的办法是在google使用的kernel上增加平台支持。

 

也有一些开发人员将google对2.6.25内核的改动做成补丁，直接打在自己开发的内核上——当然，自己的内核也应该是2.6.25，否则会出问题。