Android系统架构与系统源码目录

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。 

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。

名称功能描述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Location Manager(位置管理器)提供地理位置以及定位功能服务Package Manager(包管理器)管理所有安装在Android系统中的应用程序Notification Manager(通知管理器)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Telephony Manager(电话管理器)管理所有的移动设备功能Window Manager（窗口管理器）管理所有开启的窗口程序Content Providers（内容提供器）使得不同应用程序之间可以共享数据View System（视图系统）构建应用程序的基本组件

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。

名称功能描述OpenGL ES3D绘图函数库Libc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Media Framework多媒体库，支持多种常用的音频、视频格式录制和回放。SQLite轻型的关系型数据库引擎SGL底层的2D图形渲染引擎SSL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FreeType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

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/ 。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。

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。

Android源码根目录描述abi应用程序二进制接口art全新的ART运行环境bionic系统C库bootable启动引导相关代码build存放系统编译规则及generic等基础开发包配置ctsAndroid兼容性测试套件标准dalvikdalvik虚拟机developers开发者目录development应用程序开发相关device设备相关配置docs参考文档目录external开源模组相关文件frameworks应用程序框架，Android系统核心部分，由Java和C++编写hardware主要是硬件抽象层的代码libcore核心库相关文件libnativehelper动态库，实现JNI库的基础ndkNDK相关代码，帮助开发人员在应用程序中嵌入C/C++代码out编译完成后代码输出在此目录packages应用程序包pdkPlug Development Kit 的缩写，本地开发套件platform_testing平台测试prebuiltsx86和arm架构下预编译的一些资源sdksdk和模拟器system底层文件系统库、应用和组件toolchain工具链文件tools工具文件Makefile全局Makefile文件，用来定义编译规则

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。

packages目录描述apps核心应用程序experimental第三方应用程序inputmethods输入法目录providers内容提供者目录screensavers屏幕保护services通信服务wallpapers墙纸

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。

/frameworks/base目录描述/frameworks/base目录描述api定义APIcmds重要命令：am、app_proce等core核心库data字体和声音等数据文件docs文档graphics图形图像相关include头文件keystore和数据签名证书相关libs库location地理位置相关库media多媒体相关库native本地库nfc-extrasNFC相关obex蓝牙传输opengl2D/3D 图形APIpackages设置、TTS、VPN程序saxXML解析器services系统服务telephony电话通讯管理test-runner测试工具相关tests测试相关tools工具wifiwifi无线网络  

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。

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

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。