Android与ios对比之系统架构层

1.  引言

自iPhone在07年初次登台将智能手机直接带向移动互联时代后，一方面智能手机普及率直线上升，另一方面整个市场目前呈现了iPhone与Android手机两强争霸的局面。

iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统。最初是设计给iPhone使用的，后来陆续套用到iPod touch、iPad以及Apple TV等苹果产品上。它也是以Darwin为基础的，因此同样属于类Unix的商业操作系统。

Android是一种以Linux为基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备。。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，最初主要支持手机。2005年由Google收购注资，并拉拢多家制造商组成开放手机联盟开发改良，逐渐扩展到到平板电脑及其他领域上。 至目前为止，android跃居全球最受欢迎的智能手机平台。

在便携式设备领域，ios和android分别的优势和劣势也日益明显。

2.   Android与IOS系统架构对比

2.1  Android系统架构

Android系统架构为四层结构，从上层到下层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层以及Linux内核层，见图2.1分别介绍如下：

 

1）应用程序层

Android平台不仅仅是操作系统，也包含了许多应用程序，诸如SMS短信客户端程序、电话拨号程序、图片浏览器、Web浏览器等应用程序。这些应用程序都是用Java语言编写的，并且这些应用程序都是可以被开发人员开发的其他应用程序所替换，这点不同于其他手机操作系统固化在系统内部的系统软件，更加灵活和个性化。

2）应用程序框架层

         应用程序框架层是我们从事Android开发的基础，很多核心应用程序也是通过这一层来实现其核心功能的，该层简化了组件的重用，开发人员可以直接使用其提供的组件来进行快速的应用程序开发，也可以通过继承而实现个性化的拓展。

a） Activity Manager（活动管理器）

       管理各个应用程序生命周期以及通常的导航回退功能

 b） Window Manager（窗口管理器）

        管理所有的窗口程序

  c）  Content Provider（内容提供器）

        使得不同应用程序之间存取或者分享数据

  d） View System（视图系统）

        构建应用程序的基本组件

  e） Notification Manager(通告管理器)

        使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息

  f） Package Manager（包管理器） 

        Android系统内的程序管理

 g）Telephony Manager(电话管理器)

        管理所有的移动设备功能

  h）Resource Manager（资源管理器）

       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

  i）Location Manager(位置管理器)

        提供位置服务

  j）XMPP Service（XMPP服务）

        提供Google Talk服务 

  

3）系统运行库层

    从图中可以看出，系统运行库层可以分成两部分，分别是系统库和Android运行时，分别介绍如下：

a）系统库

     系统库是应用程序框架的支撑，是连接应用程序框架层与Linux内核层的重要纽带。其主要分为如下几个：

Surface Manager：

     执行多个应用程序时候，负责管理显示与存取操作间的互动，另外也负责2D绘图与3D绘图进行显示合成。 

Media Framework： 

      多媒体库，基于PacketVideo OpenCore;支持多种常用的音频、视频格式录制和回放，编码格式包括MPEG4、MP3、H.264、AAC、ARM。

 SQLite:

      小型的关系型数据库引擎 

OpenGL|ES：

      根据OpenGL ES 1.0API标准实现的3D绘图函数库 

 FreeType：

      提供点阵字与向量字的描绘与显示 

WebKit：

      一套网页浏览器的软件引擎

SGL：

      底层的2D图形渲染引擎 

 SSL：

      在Andorid上通信过程中实现握手 

 Libc：

       从BSD继承来的标准C系统函数库，专门为基于embedded linux的设备定制

 

 b）Android运行时

      Android应用程序时采用Java语言编写，程序在Android运行时中执行，其运行时分为核心库和Dalvik虚拟机两部分。

核心库:

      核心库提供了Java语言API中的大多数功能，同时也包含了Android的一些核心API,如android.os、android.net、android.media等等。

Dalvik虚拟机:

      Android程序不同于J2me程序，每个Android应用程序都有一个专有的进程，并且不是多个程序运行在一个虚拟机中，而是每个Android程序都有一个Dalivik虚拟机的实例，并在该实例中执行。Dalvik虚拟机是一种基于寄存器的Java虚拟机，而不是传统的基于栈的虚拟机，并进行了内存资源使用的优化以及支持多个虚拟机的特点。需要注意的是，Android程序在虚拟机中执行的并非编译后的字节码，而是通过转换工具dx将Java字节码转成dex格式的中间码。

  

  4）Linux内核层 

      Android是基于Linux2.6内核，其核心系统服务如安全性、内存管理、进程管理、网路协议以及驱动模型都依赖于Linux内核。

Android内核分析

一、 内核在操作系统中的地位Android基于Linux操作系统由硬件、系统内核、系统服务和应用程序等四大部分组成。其中内核是核心的部分，其主要作用在于与计算机硬件进行交互实现对硬件的编程控制和接口操作调度访问硬件资源同时向应用程序提供一个高级的执行环境和对硬件的虚拟接口。主要功能包括中断服务程序、进程调度程序、进程地址空间的内存管理、进程间通信。内核与普通应用程序不同，其拥有所有硬件设备的访问权限以及启动时即划分的受保护的内存空间。

二、Android内核和标准的Linux内核一样，Android内核主要实现内存管理、进程调度、进程间通信等功能。Android内核是在标准Linux内核的基础上修改而成。为了适应嵌入式硬件环境和移动应用程序的开发Android对标准Linux内核进行了一定的修改。经过与标准Linux内核源代码进行详细对比可以发现Android内核与标准Linux内核在文件系统、进程间通信机制、内存管理等方面存在不同。

文件系统不同于桌面系统与服务器移动设备大多采用的不是硬盘而是采用Flash作为存储介质，因此Android内核中增加了标准Linux内核中没有采纳的YAFFS2文件系统。YAFFS2按层次结构设计分为文件管理接口、内部实现层和NAND简化了其本身与系统的接口设计能更方便地集成到系统当中。

进程间通信机制Android增加了一种进程间的通信机制IPCBinder，Binder通过守护进程ServiceManager管理系统中的服务，负责进程间的数据交换。各进程通过Binder访问同一块共享内存以达到数据通信的机制。从应用层的角度看进程通过访问数据守护进程获取用于数据交换的程序框架接口,调用并通过接口共享数据，而其他进程要访问数据也只需与程序框架接口进行交互方便了程序员开发需要交互数据的应用程序。

内存管理在内存管理模块Android内核采用了一种不用于标准Linux内核的低内存管理策略。在标准Linux内核当中使用一种叫做OOM（OutofMemory)的低内存管理策略，当内存不足时系统检查所有的进程并对进程进行限制评分获得最高分的进程将被关闭。Android新增加了一种内存共享的处理方式Ashmem。通过Ashmem进程间可以匿名自由共享具名的内存块这种共享方式在标准Linux当中不被支持。经过分析Android内核由标准Linux内核修改而来，因此继承了Linux内核的各种优点保留了标准Linux内核的主体架构。同时Android按照移动设备的需求在文件系统、内存管理、进程间通信机制、电源管理等方面进行了修改添加相关的驱动程序和一些必要的新功能，但是与大多数精简的嵌入式Linux操作系统相比Android很大程度上保留了标准Linux的基本架构，因此Android系统应用范围更加广泛拓展性更强。

 

2.2  IOS系统架构

ios的系统架构分为四个层次：核心操作系统层（core OS layer）、核心服务层（Core Service layer）、媒体层（Media layer）和可触摸层（Cocoa Touch layer）,见图2.2.

 

1.  Core OS:
     是用FreeBSD和Mach所改写的Darwin, 是开源、符合POSIX标准的一个Unix核心。这一层包含或者说是提供了整个iPhone OS的一些基础功能，比如：硬件驱动, 内存管理，程序管理，线程管理（POSIX），文件系统，网络（BSD Socket）,以及标准输入输出等等，所有这些功能都会通过C语言的API来提供。另外，值得一题的是，这一层最具有UNIX色彩，如果你需要把 UNIX上所开发的程序移植到iPhone上，多半都会使用到Core OS的API.
    核心OS层的驱动也提供了硬件和系统框架之间的接口。然而，由于安全的考虑，只有有限的系统框架类能访问内核和驱动。

 

 2.  Core Services:
    Core Services在Core OS基础上提供了更为丰富的功能， 它包含了Foundation.Framework和Core Foundation.Framework, 之所以叫Foundation ,就是因为它提供了一系列处理字串，排列，组合，日历，时间等等的基本功能。Foundation是属于Objective-C的API，Core Fundation是属于C的API。另外Core servieces还提供了其他的功能，比如：
    Security, Core Location, SQLite, 和Address Book. 其中Security是用来处理认证，密码管理，按安全性管理的； Core Location是用来处理GPS定位的；SQLLite是轻量级的数据库，而AddressBook则用来处理电话薄资料的。

 

3.  Media

Media层提供了图片，音乐，影片等多媒体功能。图像分为2D图像和3D图像， 前者由Quartz2D来支持，后者则是用OpenglES.与音乐对应的模组是Core Audio和OpenAL, Media Player 实现了影片的播放， 而最后还提供了Core Animation来对强大动画的支持。

 4.  Cocoa Touch

        最上面一层是Cocoa Touch，它是Objective-C的API, 其中最核心的部分是UIKit.Framework,应用程序界面上的各种组件，全是由它来提供呈现的，除此之外它还负责处理屏幕上的多点触摸事件，文字的输出，图片,网页的显示，相机或文件的存取，以及加速感应的部分等。

2.3   Android与ios在系统架构上的对比：

Android采用的是Java技术，所有应用在Dalvik虚拟机中运行，Dalvik是google专门为移动设备优化的Java虚拟机。因此Android具有成熟，存在大量可重用代码的优点，也有占内存大，运行速度略低的缺点。

而Apple IOS的体系架构相对较为传统，但运行效率高，对硬件的要求低，成本优势大，在现有的硬件条件下，应用运行具有最好的顺畅感，也更加省电。系统架构朴实无华，但干净清晰，是目前最有效率的移动设备操作系统。