2.1 Android系统架构

本节视频教学录像：9分钟

Android系统是一个移动设备的开发平台，其软件层次结构包括操作系统（OS）、中间件（Middleware）和应用程序（Application）。本节将详细讲解Android系统架构的基本知识。

2.1.1 Android系统架构概览

根据Android的软件框图，其软件层次结构自下而上分为以下4层。

（1）操作系统层（OS）

（2）各种库（Library）和Android运行环境（Runtime）

（3）应用程序框架（Application Framework）

（4）应用程序（Application）

上述各个层的具体结构如图2-1所示。

本节将详细讲解Android系统各个层次的基本知识。

2.1.2 底层操作系统

Android系统的底层内核基于Linux操作系统，本层使用C和C++语言编写实现。其实Android系统就是Linux系统，只是Android系统充分利用了已有的机制，尽量使用标准化的内容，例如驱动程序，并且做出必要的扩展。Android充分灵活地使用了内核到用户空间的接口，这主要表现在字符设备节点、Sys文件系统、Proc文件系统和不增加系统调用。

2.1.3 Android的硬件抽象层

Android生态系统的架构十分清晰，自下而上经典的模型分别为Linux驱动、Android硬件抽象层、Android本地框架、Android的Java框架、Android的Java应用程序。因为Android系统需要运行于不同的硬件平台上，所以需要具有很好的可移植性。其中Android系统的硬件抽象层负责建立Android系统和硬件设备之间的联系。

对于标准化比较高的子系统来说，Android系统使用完全标准Linux驱动，例如输入设备（Input-Event）、电池信息（Power Supply）、无线局域网（Wi-Fi协议和驱动）、蓝牙（Bluetooth协议和驱动）。

对于Android系统的硬件抽象层来说，主要实现了与移动设备相关的驱动程序，主要包含了如下所示的驱动系统。

● 显示驱动（Display Driver）：常用基于Linux的帧缓冲（Frame Buffer）驱动；

● Flash内存驱动（Flash Memory Driver）：是基于MTD的Flash驱动程序；

● 照相机驱动（Camera Driver）：常用基于Linux的V4L（Video for Linux）驱动；

● 音频驱动（Audio Driver）：常用基于ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音体系）驱动；

● Wi-Fi驱动（Camera Driver）：基于IEEE 802.11标准的驱动程序；

● 键盘驱动（Keyboard Driver）：作为输入设备的键盘驱动；

● 蓝牙驱动（Bluetooth Driver）：基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术；

● Binder IPC驱动：Andoid的一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通信的功能；

● Power Management（能源管理）：管理电池电量等信息。

2.1.4 中间层

可以将Android系统的中间层次分为两个部分，一部分是各种库，另一部分是Android运行环境。Android系统的中间层次的内容大多是使用C和C++实现的，其中包含如下所示的各种库。

● C库：C语言的标准库，也是系统中一个最为底层的库，C库是通过Linux的系统调用来实现的；

● 多媒体框架（Media Frameword）：这部分内容是Android多媒体的核心部分，基于Packet Video（即PV）的OpenCore，从功能上本库一共分为两大部分，一部分是音频、视频的回放（Play Back），另一部分则是音视频的记录（Recorder）；

● SGL:2D图像引擎；

● SSL：即Secure Socket Layer，位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持；

● OpenGL ES：提供了对3D图形图像的支持；

● 界面管理工具（Surface Management）：提供了管理显示子系统等功能；

● SQLite：一个通用的嵌入式数据库；

● WebKit：网络浏览器的核心；

● FreeType：位图和矢量字体的功能。

在Android系统中，各种库一般以系统中间件的形式提供，它们均有的一个显著特点：与移动设备的平台的应用密切相关。

在以前的版本中，Android运行环境主要是指Android虚拟机技术：Dalvik。Dalvik虚拟机与Java虚拟机（Java VM）不同，它执行的不是Java标准的字节码（Bytecode），而是Dalvik可执行格式（.dex）中执行文件。在执行的过程中，每一个应用程序即一个进程（Linux的一个Process）。二者最大的区别在于Java VM是基于栈的虚拟机（Stack-based），而Dalvik是基于寄存器的虚拟机（Register-based）。显然，后者最大的好处在于可以根据硬件实现更大的优化，这更适合移动设备的特点。

2.1.5 应用程序框架

Android的应用程序框架（Application Framework）为应用程序层的开发者提供API，它实际上是一个应用程序的框架。由于上层的应用程序是以Java构建的，因此本层次提供的首先包含了UI（User Interface，用户界面）程序中所需要的各种控件，例如Views（视图组件），其中又包括了List（列表）、Grid（栅格）、Text Box（文本框）、Button（按钮）等，甚至一个嵌入式的Web浏览器。

作为一个基本的Andoid应用程序，可以利用应用程序框架中的以下5个部分来构建。

● Activity（活动）

● Broadcast Intent Receiver（广播意图接收者）

● Service（服务）

● Content Provider（内容提供者）

● Intent and IntentFilter（意图和意图过滤器）

2.1.6 应用程序层

Android的应用程序主要是用户界面方面的，通过浏览Android系统的开源代码可知，应用层是通过Java语言编码实现的，其中还包含了各种资源文件（放置在res目录中）。Java程序和相关资源在经过编译后，会生成一个APK包。Android本身提供了主屏幕（Home）、联系人（Contact）、电话（Phone）、浏览器（Browers）等众多的核心应用。同时应用程序的开发者还可以使用应用程序框架层的API实现自己的程序，这也是Android开源的巨大潜力的体现。