Android 系统概览

本篇内容主要目的在从整体上了解Android 庞大的系统架构,根据系统架构中的不同模块和分层找到和梳理一条学习路径,这样能更好的切入到不同的模块学习,直到最后全部打通。
接下来我们从两个角度来分析

1. 从纵向层级架构的角度

下面这张图是Android官方提供的一张Android系统的预览图。


from developer android

从上面这个图中我们可以知道,Android系统一共有5部分组成,他们分别是

  • Application应用层:主要🈶上层应用包括如系统app,浏览器,桌面,电话,短信等和三方应用如微博,微信,今日头条等,主要由java语言编写。

  • Android 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.例如各种manager,service.

  • Native Libraries包括Android Runtime:
    这一层主要会通过JNI技术打通与Java层的交互。

    • `C/C++库,这些库能被Android系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。主要有:OpenGL ES,Libc,Media Framework(多媒体库),SQLite(小型关系型数据库),SGL(底层的2D图形引擎),SSL(安全套接层),FreeType(位图bitmap和矢量vector字体显示)等。
    • Android运行时库:
      • 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。
      • Dalvik虚拟机:Dalvik虚拟机是一个执行.dex文件的基于寄存器的java虚拟机。android程序可以运行在一个独立的进程当中,每一个独立的进程中都会有一个Dalvik虚拟机实例,用来执行java程序。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(just in time JIT)转换为机器码。
      • ART虚拟机(5.0之后):即android runtime.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。这个过程叫做预编译(AOT,Ahead-Of-Time)。应用的启动(首次)和执行都会变得更加快速。
  • HAL层(定义了HIDL接口):简单来说,就是对Linux内核驱动程序的封装,向上提供接口,屏蔽低层的实现细节。也就是说,把对硬件的支持分成了两层,一层放在用户空间(User Space),一层放在内核空间(Kernel Space),其中,硬件抽象层运行在用户空间,而Linux内核驱动程序运行在内核空间。

  • Linux Kernel: Android平台的基础是Linux内核。android系统最终的功能实现都是通过linux kernel完成,如安全性、内存管理、进程管理、网路协议以及驱动模型等都依赖于Linux内核。

2.从系统进程的角度

从纵向层级架构的角度来看,我们了解了android系统经典5层结构,他们如垒砖一般纵向堆叠在一起。但是其实每一层都包含了大量的子模块子系统,并不能体现出Android整个系统的内部架构、运行机理,以及各个模块之间是如何衔接与配合工作的。接下来借鉴了gityuan总结的一张系统进程图,从系统进程的角度来看Android系统的工作原理。

from gityuan

图解: Android系统启动过程由上图从下往上的一个过程:Loader -> Kernel -> Native -> Framework -> App,接来下简要说说每个过程:

Loader层:引导kernel启动

Boot ROM:当长按电源键,芯片上电,将固化在ROM中的引导程序Bootloader加载到RAM,然后执行。
Boot Loader:BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

Kernel层:Android内核空间

Android平台的基础是Linux内核,Google为了满足小型嵌入式系统效率,灵活等的需要对Linux内核进行了改造,例如,没有glibc支持,但开发了一套Bionic Libc来代替glibc,Android专有的驱动程序:Android Binder,Android电源管理(PM),低内存管理器(Low Memory Killer),Android Logger ,Android Alarm,USB Gadget驱动,Android Ram Console,Android timed device等。

  • bootloader引导kernel启动第一个进程:
    swapper进程(pid=0),它是内核首个进程,用于初始化进程管理、内存管理、加载各种驱动。
  • 启动init进程(pid=1):用户进程的鼻祖
  • 启动kthreadd进程(pid=2):是Linux系统的内核进程,会创建内核工作线程kworkder,软中断线程ksoftirqd,thermal等内核守护进程。

Native层:进入用户空间

启动init进程(pid=1),他是所有用户进程的鼻祖。

  • init进程会孵化出ueventd、logd、healthd、installd、adbd、lmkd等用户守护进程;
  • init进程还启动servicemanager(binder服务管家)、bootanim(开机动画)等重要服务
  • init进程孵化出Zygote进程,Zygote进程是Android系统的第一个Java进程(即虚拟机进程),Zygote是所有Java进程的父进程,Zygote进程本身是由init进程孵化而来的。

Framework层: 给app层提供api以及系统服务,

核心进程:Zygote进程,由init进程通过解析init.rc文件后fork生成。
主要功能是:

  • 加载ZygoteInit类,注册Zygote Socket服务端套接字。
  • Zygote进程通过fork孵化system server进程。
  • init进程通过fork孵化Media Server进程。

App层: 各种各样的应用程序apk

Zygote进程通过fork孵化应用进程。其中第一个fork的应用进程为Launcher,还会创建Browser,Phone,Email,SystemUI等App进程。

参考文献:
https://source.android.com/
https://www.jianshu.com/p/58f817d176b7
https://blog.csdn.net/itachi85/article/details/54695046/
https://blog.csdn.net/wbwjx/article/details/55804175
https://blog.csdn.net/weibo1230123/article/details/82716818

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