android系統(tǒng)架構(gòu)介紹

A罩杯 · 發(fā)表于 2013-8-28 16:28

4Android的系統(tǒng)架構(gòu)和其它操作系統(tǒng)一樣，采用了分層的架構(gòu)。android分為四個層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層和linux核心層。
　　Android是以Linux為核心的手機操作平臺，作為一款開放式的操作系統(tǒng)，隨著Android的快速發(fā)展，如今已允許開發(fā)者使用多種編程語言來開發(fā)Android應(yīng)用程序，而不再是以前只能使用Java開發(fā)Android應(yīng)用程序的單一局面，因而受到眾多開發(fā)者的歡迎，成為真正意義上的開放式操作系統(tǒng)。
　　在Android中，開發(fā)者可以使用Java作為編程語言來開發(fā)應(yīng)用程序，也可以通過NDK使用C/C++作為編程語言來開發(fā)應(yīng)用程序，也可使用SL4A來使用其他各種腳本語言進(jìn)行編程（如：python、lua、TCL、php等等），還有其他諸如：Qt（qt for android）、Mono（mono for android）等一些著名編程框架也開始支持Android編程，甚至通過MonoDroid，開發(fā)者還可以使用C#作為編程語言來開發(fā)應(yīng)用程序。另外，谷歌還在2009年特別發(fā)布了針對初學(xué)者的Android Simple語言，該語言類似Basic語言。而在網(wǎng)頁編程語言方面，JavaScript，ajax，HTML5，jquery、sencha、dojo、mobl、PhoneGap等等都已經(jīng)支持Android開發(fā)。
　　而在Android系統(tǒng)底層方面，Android使用C/C++作為開發(fā)語言。
　　應(yīng)用程序（部分）
　　早期的Android應(yīng)用程序開發(fā)，通常通過Android SDK（Android軟件開發(fā)包）下使用Java作為編程語言來開發(fā)應(yīng)用程序，但通過不同的軟件開發(fā)包，則使用的編程語言也不同。
　　例如開發(fā)者可以通過Android NDK（Android Native開發(fā)包）使用C語言或者C++語言來作為編程語言開發(fā)應(yīng)用程序。同時谷歌還推出了適合初學(xué)者編程使用的Simple語言，該語言類似微軟公司的Visual Basic語言。此外，谷歌公司還推出了Google App Inventor開發(fā)工具，該開發(fā)工具可以快速地構(gòu)建應(yīng)用程序，方便新手開發(fā)者。
　　Java開發(fā)方面
　　Android支持使用Java作為編程語言來開發(fā)應(yīng)用程序，而Android的Java開發(fā)方面從接口到功能，都有層出不窮的變化。考慮到Java虛擬機的效率和資源占用，谷歌重新設(shè)計了Android的Java，以便能提高效率和減少資源占用，因而與J2ME等不同。 Android結(jié)構(gòu)其中Activity等同于J2ME的MIDlet，一個 Activity 類（Class）負(fù)責(zé)創(chuàng)建視窗（Windows），一個活動中的Activity就是在 foreground（前景）模式，背景運行的程序叫做Service。兩者之間通過由ServiceConnection和AIDL連結(jié)，達(dá)到復(fù)數(shù)程序同時運行效果。如果運行中的 Activity 全部畫面被其他 Activity 取代時，該 Activity 便被停止（Stopped），甚至被系統(tǒng)清除（Kill）。
　　View等同于J2ME的Displayable，程序人員可以通過 View 類與“XML layout”檔將UI放置在視窗上，Android 1.5的版本可以利用 View 打造出所謂的 Widgets，其實Widget只是View的一種，所以可以使用xml來設(shè)計layout，HTC的Android Hero手機即含有大量的widget。至于ViewGroup 是各種layout 的基礎(chǔ)抽象類（abstract class），ViewGroup之內(nèi)還可以有ViewGroup。View的構(gòu)造函數(shù)不需要再Activity中調(diào)用，但是Displayable的是必須的，在Activity 中，要通過findViewById()來從XML 中取得View，Android的View類的顯示很大程度上是從XML中讀取的。View 與事件（event）息息相關(guān)，兩者之間通過Listener 結(jié)合在一起，每一個View都可以注冊一個event listener，例如：當(dāng)View要處理用戶觸碰（touch）的事件時，就要向Android框架注冊View.OnClickListener。另外還有BitMap等同于J2ME的Image。
　　C/C++開發(fā)方面
　　早期的Android開發(fā)只支持Java作為編程語言開發(fā)應(yīng)用程序，因而使得其他語言開發(fā)者只能望而卻步。2010年4月，谷歌正式對開發(fā)者發(fā)布了Android NDK，NDK允許開發(fā)者使用C/C++作為編程語言來為Android開發(fā)應(yīng)用程序，初版的NDK使得開發(fā)者看到了C/C++在Android開發(fā)中的希望。
　　但是，當(dāng)前版本的NDK在功能上還有很多局限性：NDK并沒有提供對應(yīng)用程序生命周期的維護(hù)；NDK也不提供對Android系統(tǒng)中大量系統(tǒng)事件的支持；對于作為應(yīng)用程序交互接口的UI API,當(dāng)前版本的NDK中也沒有提供。但是相對于初版的NDK，現(xiàn)在的NDK已經(jīng)進(jìn)行了許多重大的功能改進(jìn)。
　　由此可見，NDK仍然需要完善和發(fā)展，相信未來隨著NDK的發(fā)展，NDK可以做得更多更好。
　　中介軟件
　　操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的溝通橋梁，應(yīng)用分為兩層：函數(shù)層（Library）和虛擬機（Virtual Machine）。 Bionic是 Android 改良libc的版本。Android 同時包含了Webkit，所謂的Webkit 就是Apple Safari 瀏覽器背后的引擎。Surface flinger 是就2D或3D的內(nèi)容顯示到屏幕上。Android使用工具鏈(Toolchain)為Google自制的Bionic Libc。
　　Android采用OpenCORE作為基礎(chǔ)多媒體框架。OpenCORE可分7大塊：PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。
　　Android 使用skia 為核心圖形引擎，搭配OpenGL/ES。skia與Linux Cairo功能相當(dāng)，但相較于Linux Cairo, skia 功能還只是雛形的。2005年Skia公司被Google收購，2007年初，Skia GL源碼被公開，目前Skia 也是Google Chrome 的圖形引擎。
　　Android的多媒體數(shù)據(jù)庫采用SQLite數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫又分為共用數(shù)據(jù)庫及私用數(shù)據(jù)庫。用戶可通過ContentResolver類（Column）取得共用數(shù)據(jù)庫。
　　Android的中間層多以Java 實現(xiàn)，并且采用特殊的Dalvik 虛擬機（Dalvik Virtual Machine）。Dalvik虛擬機是一種“暫存器型態(tài)”（Register Based）的Java虛擬機，變量皆存放于暫存器中，虛擬機的指令相對減少。
　　Dalvik虛擬機可以有多個實例（instance）, 每個Android應(yīng)用程序都用一個自屬的Dalvik虛擬機來運行，讓系統(tǒng)在運行程序時可達(dá)到優(yōu)化。Dalvik 虛擬機并非運行Java字節(jié)碼（Bytecode），而是運行一種稱為.dex格式的文件。
　　硬件抽像層
　　Android 的 HAL（硬件抽像層）是能以封閉源碼形式提供硬件驅(qū)動模塊。HAL 的目的是為了把 Android framework 與 Linux kernel 隔開，讓 Android 不至過度依賴 Linux kernel，以達(dá)成 kernel independent 的概念，也讓 Android framework 的開發(fā)能在不考量驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的前提下進(jìn)行發(fā)展。
　　HAL stub 是一種代理人（proxy）的概念，stub 是以 *.so 檔的形式存在。Stub 向 HAL“提供”操作函數(shù)（operations），并由 Android runtime 向 HAL 取得 stub 的 operations，再 callback 這些操作函數(shù)。HAL 里包含了許多的 stub（代理人）。Runtime 只要說明“類型”，即 module ID，就可以取得操作函數(shù)。
　　系統(tǒng)內(nèi)核
　　Android 是運行于 Linux kernel之上，但并不是GNU/Linux。因為在一般GNU/Linux 里支持的功能，Android 大都沒有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic 取代Glibc、以Skia 取代Cairo、再以opencore 取代FFmpeg 等等。Android 為了達(dá)到商業(yè)應(yīng)用，必須移除被GNU GPL授權(quán)證所約束的部份，例如Android將驅(qū)動程序移到 userspace，使得Linux driver 與 Linux kernel徹底分開。bionic/libc/kernel/ 并非標(biāo)準(zhǔn)的kernel header files。Android 的 kernel header 是利用工具由 Linux kernel header 所產(chǎn)生的，這樣做是為了保留常數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與宏。
　　目前Android 的 Linux kernel控制包括安全（Security），存儲器管理（Memory Management），程序管理（Process Management），網(wǎng)絡(luò)堆棧（Network Stack），驅(qū)動程序模型（Driver Model）等。下載Android源碼之前，先要安裝其構(gòu)建工具 Repo來初始化源碼。Repo 是 Android 用來輔助Git工作的一個工具。
　　安全權(quán)限機制
　　Android本身是一個權(quán)限分立的操作系統(tǒng)。在這類操作系統(tǒng)中，每個應(yīng)用都以唯一的一個系統(tǒng)識別身份運行（Linux用戶ID與群組ID）。系統(tǒng)的各部分也分別使用各自獨立的識別方式。Linux就是這樣將應(yīng)用與應(yīng)用，應(yīng)用與系統(tǒng)隔離開。
　　系統(tǒng)更多的安全功能通過權(quán)限機制提供。權(quán)限可以限制某個特定進(jìn)程的特定操作，也可以限制每個URI權(quán)限對特定數(shù)據(jù)段的訪問。
　　Android安全架構(gòu)的核心設(shè)計思想是，在默認(rèn)設(shè)置下，所有應(yīng)用都沒有權(quán)限對其他應(yīng)用、系統(tǒng)或用戶進(jìn)行較大影響的操作。這其中包括讀寫用戶隱私數(shù)據(jù)（聯(lián)系人或電子郵件），讀寫其他應(yīng)用文件，訪問網(wǎng)絡(luò)或阻止設(shè)備待機等。
　　安裝應(yīng)用時，在檢查程序簽名提及的權(quán)限，且經(jīng)過用戶確認(rèn)后，軟件包安裝器會給予應(yīng)用權(quán)限。從用戶角度看，一款A(yù)ndroid應(yīng)用通常會要求如下的權(quán)限：
　　撥打電話、發(fā)送短信或彩信、修改/刪除SD卡上的內(nèi)容、讀取聯(lián)系人的信息、讀取日程信的息，寫入日程數(shù)據(jù)、讀取電話狀態(tài)或識別碼、精確的（基于GPS）地理位置、模糊的（基于網(wǎng)絡(luò)獲?。┑乩砦恢?、創(chuàng)建藍(lán)牙連接、對互聯(lián)網(wǎng)的完全訪問、查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，查看WiFi狀態(tài)、避免手機待機、修改系統(tǒng)全局設(shè)置、讀取同步設(shè)定、開機自啟動、重啟其他應(yīng)用、終止運行中的應(yīng)用、設(shè)定偏好應(yīng)用、震動控制、拍攝圖片等。
　　一款應(yīng)用應(yīng)該根據(jù)自身提供的功能，要求合理的權(quán)限。用戶也可以分析一款應(yīng)用所需權(quán)限，從而簡單判定這款應(yīng)用是否安全。如一款應(yīng)用是不帶廣告的單機版，也沒有任何附加的內(nèi)容需要下載，那么它要求訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限就比較可疑

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