Android进阶加密-第1章-Android系统架构-读书笔记

第 1 章 Android 系统架构

1.1 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。

1. 应用层（System Apps）
   　　系统内置的应用程序以及非系统级的应用程序都属于应用层，负责与用户进行直接交互，通常都是用 Java 进行开发的。

2. 应用框架层（Java API Framework）
   　　应用框架层为开发人员提供了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这一层所提供的 API，当然也包括系统应用。这一层是由 Java 代码编写的，可以称为 Java Framework。

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，以及常用的导航回退功能
Location Manager(位置管理器)	提供地理位置及定位功能服务
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 Provider(内容提供者)	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

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。
   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+ + 程序表

名称	功能描述
OpenGL ES	3D 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，是一种为网络通信提供安全及数据完整性的安全协议
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

2）Android 运行时库
　　运行时库又分为核心库和 ART （Android 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。与 JVM 相比，Dalvik 虚拟机（DVM）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 DVM 的 ART 的机制与 DVM 不同，DVM 中的应用每次运行时，自己吗都需要通过即时编译器（Just In Time,JIT）转换为机器码，这会使得应用的运行效率降低。而在 ART 中，系统在安装应用时会进行一次预编译（Android Of Time,AOT），将字节码预先编译成机器码并存储在本地，这样应用每次运行时就不需要执行编译了，运行效率也大大提高。

1. 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，使其具有硬件无惯性，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称为可能。通俗来讲，就是将控制硬件的动作放在硬件抽象层中。

2. Linux 内核层（Linux Kernal）
   　　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。

1.2 Android 系统源码目录

　　可以访问 http://androidxref.com 来阅读系统源码。推荐使用百度网盘地址 http://pan.baidu.com/s/lngsZa 进行下载。

1.2.1 整体结构

　　如果是编译后的源码目录，会多一个 out 文件夹，用来存储编译产生的文件。

Android 8.0.0 的系统根目录结构说明

Android 源码根目录	描述
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
cts	Android 兼容性测试套件标准
dalvik	Dalvik 虚拟机
developers	开发者目录
development	与应用程序开发相关
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
out	编译完成后代码在此目录输出
pdk	Plug Development Kit 的缩写，本地开发套件
platform_testing	平台测试
prebuilts	X86 和 ARM 架构下预编译的一些资源
sdk	SDK 和模拟器
packages	应用程序包
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

1.2.2 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在应用层。源码根目录中的 packages 目录对应着系统应用层。

　　packages 目录结构

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

1.2.3 应用框架部分

　　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++ 程序库及硬件抽象层等进行衔接。应用框架层的主要实现代码在 framework/base 和 frameworks/av 目录下。

　　frameworks/base 目录

frameworks/base 目录	描述	frameworks/base 目录	描述
api	定义 API	cmds	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	与图形图像相关
include	头文件	keystore	与数据签名证书相关
libs	库	location	地理位置相关库
media	多媒体相关库	native	本地库
nfc-extras	与 NFC 相关	obex	蓝牙传输
opengl	2D/3D 图形 API	packages	设置、TTS、VPN 程序
sax	XML 解析器	services	系统服务
telephony	电话通信管理	test-runner	测试工具相关
tests	与测试相关	tools	工具
vr	与 VR 相关	wifi	Wi-Fi 无限网络

1.2.4 C/C++ 程序库部分

　　系统运行库层（Native）中的 C/C 程序库并不完全在一个目录中。

　　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	轻量级关系型数据库 SQLite 的 C++ 实现

　　Android 运行时库的代码在 art/目录中，硬件抽象层的代码在 hardware/目录中，这是手机厂商改动最大的部分，根据手机终端锁采用的硬件平台不同会有不同的实现。

1.3 源码阅读

　　系统源码的阅读有很多种方式，总的来说分为两种：一种是在线阅读；另一种是下载源码到本地用软件工具阅读。

1.3.1 在线阅读

　　Android 在西安阅读源码的网站有很多，比如 http://www.grepcode.com、http://androidxref.com、http://www.androidos.cn 等，推荐使用 http://androidxref.com 进行在线阅读，网站提供了 Android 1.6 到 Android 8.0.0 的源码。

1.3.2 使用 Source Insight

　　本地阅读源码可以采用 Android Studio、Eclipse、Sublime 和 Source Insight 等软件，这里推荐使用 Source Insight。

1.4 本章小结