第一章 Android系统介绍

时间：2020-12-24 16:34:22

第一章 Android系统介绍

星期二, 06/08/2010 - 12:10 — william

Android系统是由Google主导的，由OHA（开放手机联盟，Open Handset Alliance）开发的一个操作系统，最初它主要应用于手机设备。它设计之出就表现出了完全的开放性和强大的可扩展性，因此已经成为最为流行的潜入式设备操作系统之一，如上网本、机顶盒、全球定位设备、车载设备、电视机等。Android给设备带来了全新的网络应用体验。

1.1  Android系统框架

Android系统是基于Linux和Java技术，它在底层采用Linux内核和本地库，在上层提供Java支持框架和开发接口。它借助于Linux强大的稳定性、开放性和可移植性，Java语言开发的广泛性、简单性和可移植性，一经推出就受动广泛关注和欢迎，在嵌入式开发中产生比较深远的影响。

第一章 Android系统介绍

图1.1 Android系统架构

考虑到性能的问题，Google没有采用Sun的基于堆栈的虚拟机，而是开发了一个基于寄存器的Android虚拟机 －Dalvik虚拟机。当然Android系统提供了一个工具用来把Java虚拟机格式转换为Daleik虚拟机格式。不过Android仅支持有限的Java运行库，因此不是所有的Java程序都可以在Android里直接编译运行。

当然任何一个系统都有其固有个缺点，而且它就隐藏在它的优点之中，Android也不例外。首先Android系统的开放性导致任何厂家都可以修改定制而推出自己的Android系统，这就导致了尽管设备运行的系统都是Android，但运行的程序就或多或少不兼容，这对第三方程序开发员人来说不是个好消息，标准的不统一势必会影响的Android程序的开发使用。其次，尽管Android系统是基于Linux和Java的，但由于它开发了一套独立的UI系统，它完全不兼容现有的Linux和Java应用程序，这不仅是浪费了现有的开发资源，而且是极大的浪费了未来的开发资源。不管Android社区有多大，比起Linux开源社区来说，它也是大海中的一点水，这是否会给对手以机会呢？如Intel的Moblin系统、Nokia的Maemo系统以及Ubuntu的上网本系统，还有最新的由Intel和Nokia联合开发的MeeGO系统。

回到Android系统本身，如图1.1，它主要包括五个部分，分别是Linux 内核（红色部分）、本地库（绿色部分）、Dalvik 虚拟机（黄色部分）、应用程序框架和应用程序（蓝色部分）。

  • Android Linux内核

最初的Android内核是基于2.6.25的，但由于采用的同样的版本管理系统，Android内核紧跟Linux内核的进度，目前最新的开发版本是2.6.31，但版本其实已经不重要了，你只要记住Android内核基本上同步于Linux内核就可以了，在此基础上Android对Linux内核做了些修改和功能添加使之Android化，如著名的Binder、匿名共享内存（ashmem）等。

目前在Android的源代码仓库中有4个关于Linux的项目，他们分别是：

  • kernel/common.git：Common Android Kernel Tree
  • kernel/experimental.git ：Experimental Kernel Projects
  • kernel/msm.git ：Kernel Tree for MSM7XXX family on Android
  • kernel/omap.git ：Kernel Tree for OMAP family on Android
  • 本地库

说到本地库，首先我们想到的一定是libc库。是的，Android也不例外，他支持c库，但不是glibc或其他常见的小型仓库，比如uclibc，而是一个额称为Bionic的C库。尽管它不是很强大，但足够用了。按照Google的说法，选择Bionic的原因是因为：

  • 尽量移除GPL License的模块
  • 更小的代码密度和更快的运行速度

但Bionic C库也有它的局限性：首先，不完全支持posix标准；其次，不支持libm和libthread_db；第三，不能使用标准的Toolchain来编译Android本地应用。Android的编译链也是依赖于Bionic库的，它的动态链接库加载使用的是linker，而不是ld.so。它的prelink使用的是apriori(build/tools/apriori)，strip 工具使用的是soslim（build/tools/soslim）而不是strip。

Android的本地库基本上位于源代码树的external和system目录下。

  • Dalvik虚拟机

Dalvik是Google Android平台最重要的一个部分，是Google专门为Android开发的Java虚拟机，被称为Dalvik虚拟机。按照Google的说 法，Dalvik具有高效、简洁、节省资源的特点，非常适合资源有限的嵌入式系统。

Dalvik是按照Apache License v2方式发布的，Google尽量把GPL Licnse的软件移除Android系统。这就避免了非免费的Java ME版权问题，也移除了GPLv2的Java SE。

以前也有些公司搞过Linux/Java平台，即底层支持Linux系统、上层采用Java技术，但都因为效率的问题而放弃。Google的Dalvik虚拟机很好的解决了这个问题，同其他的Java虚拟机相比，Dalvik虚拟机有如下特点：

  • Dalvik虚拟机采用了基于寄存器的虚拟机技术。与Java虚拟机不同，Dalvik采用了基于寄存器（register based）的技术，而不是基于堆栈（stack based）的技术。我们不去争论基于寄存器的虚拟机是不是更好，如果有兴趣，你可以去比较他们的性能差异。
  • Dalvik虚拟机使用自定义的字节码格式（称为DEX文件，.dex），不兼容现有Java字节码格式。Android里的dx工具负责把Java字节码转换成Dalvik字节码。
  • Dalvik虚拟机运行效率高，同事代码密度小，节省资源。
  • Dalvik虚拟机常量池只使用32位的索引。
  • Dalvik虚拟机不支持JIT编译技术（Just In Time Compiler）。

对于Android应用程序开发者来说，我们必须清楚如何在Android Dalvik虚拟机上使用内存，下面是内存使用上的一些限制：

  • Dalvik默认的栈大小是12K(3个页，每个页4K)。
  • Dalvik堆（heap）默认启动大小：2M，默认最大值16M。
  • Dalvik堆（heap）支持的最小启动大小：1M，支持的最大值1024M。
  • Dalvik的堆和栈参数可以通过–Xms 和–Xmx更改。

对于Android的Java应用程序来说，每一个应用对对应于一个独立的Dalvik虚拟机实例进程，当然每个Android Java应用程序的线程也对应于一个Linux线程。这相当于每个Android Dalvik应用程序都运行在自己的沙盒里面从而保证Dalvik应用程序的安全性。当然Android系统也充分利用了这个特性，每个Android Dalvik应用程序都被赋予了一个独立的Linux PID（app_*）。

  • 应用程序框架

Android应用程序框架完全使用Java语言编写，运行在Android Dalvik虚拟机之上，它通过Java JNI接口调用本地库的接口。

Android应用程序框架向下封装了系统的各种系统服务及硬件的访问接口，向上提供统一的应用程序开发接口，即Android API。Android应用程序通过调用Android应用程序框架接口来实现各种功能。

Android应用程序框架封装了大部分的系统服务功能，它们包括：

  • Activity Manager
  • Windows Manager
  • Content Provider
  • View System
  • Resource Manager
  • Notification Manager
  • Packet Manager
  • Telephony Manager
  • Location Manager

对于Android开发者来说，Android应用程序框架是最重要的一部分，只有真正理解了这个框架说包含的内容，才能写出高效的Android应用程序。

  • 应用程序

Android是一个功能完全的移动设备操作系统，它自带了核心应用程序，这样你就不需要额外的开发而直接在你的设备上使用Android系统了，这些应用程序开起来中规中矩，如果你想要一个更加绚丽的操作界面，你可以修改他们来实现自己的应用程序。

很明显，Android应用程序都是用Java语言开发的，它依赖于Android应用框架（framework.jar），同时运行在Android Dalvik虚拟机之上。

我们简单的介绍了Android系统的架构，有些地方也许你可能不是很理解，不要紧，这里我们仅近是粗略的介绍，在后面会有更加详尽的描述。下面的内容是为初学者准备的，以便让他们能容易的建立Android环境，从而对Android系统有个认识。如果你已经熟悉了这部分内容，请跳过下面 1.2和1.3章节。

1.2  Android开发环境

Android为第三方Android应用程序开发者提供了完备的开发工具支持，即Android SDK，它包括开发工具（ADT Eclipse 插件）、调试工具（ADB、DDMS、Logcat等）、Android设备模拟器（Emulator）。在Google官方网站（developer.android.com）上有详细的SDK安装和使用手册，我们在这里简单对它作简单的介绍，以便读者可以很容易的上手。

  • 下载

登录Android SDK官方网站（http://developer.android.com/sdk）下载最新版本的Android SDK。

登录Eclipse官方网站，下载Eclipse（支持的版本是3.3/3.4/3.5），推荐你下载最新的版本

  • 安装

Android SDK安装包是一个zip压缩包，直接解开就可以使用了，一般需要把SDK目录下的/tools目录添加到系统目录中，这样你在任何目录下都可以运行SDK命令了。

安装ADT Eclipse插件：以Eclipse3.4/3.5为例：

  • 进入Help → Software Updates....
  • 选择Available Software标签，
  • 单击Add Site...
  • 输入https://dl-ssl.google.com/android/eclipse/
  • 单击OK
  • 选择安装Developer Tools插件

这里要注意的就是，如果你位于公司防火墙的后面，请在Eclipse的网络设置里面设置好代理服务器，否则Eclipse会由于找不到以来的插件而安装失败。

  • 设置使用

Android ADT插件安装好后，Eclipse会重新启动，在windows->选项->Android里面设置好Android SDK的安装路径，好了创建一个Android项目并运行它吧...

1.3  从源代码编译Android系统

Android是一个开源的移动设备操作系统，你可以从Android的官方网站上下载Android的源代码。Android采用GIT源代码版本管理系统。请到http://source.android.com/了解更多信息。为了获取源代码，你首先需要安装GIT和REPO系统。

由于Kernel跟硬件设备关系十分紧密，Android也提供了多个针对不同设备的Linux kernel项目，如没有特别说明，本书中我们主要针对应用于模拟器的Android common kernel和Goldfish平台。

准备工作：（以Ubuntu904和Ubuntu910为例）

  • 安装JDK，需要安装JDK 1.5_12以上版本
  • 安装以来包：sudo apt-get install git-core gnupg sun-java5-jdk flex bison gperf libsdl-dev libesd0-dev libwxgtk2.6-dev build-essential zipcurl libncurses5-dev zlib1g-dev
  • 安装repo：curl http://android.git.kernel.org/repo >~/bin/repo & chmod a+x ~/bin/repo

同步代码：（以Eclair为例）

  • repo init -u git://android.git.kernel.org/platform/manifest.git -b eclair
  • repo sync

编译：

  • make(生成的映像位于out/target/product/generic/)
  • make sdk （生成的sdk位于out/host/linux-x86/sdk/）

获取common kernel代码：

  • mkdir android_kernel
  • cd android_kernel
  • git clone git://android.git.kernel.org/kernel/common.git

由于Android的文档并不是很丰富，因此浏览源代码是深入的掌握Android系统的一个有效途径，我们已经把Android源代码同步到本地了，好好利用它吧！这些代码在下面的介绍中还会用到的
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