Android學習筆記——Android系統整體架構與原始碼目錄
首先要感謝**@劉望舒**大神的部落格，讓我們這些渣渣有途徑更快速地接觸到Android系統層的內容。
本篇部落格主要介紹了Android系統的整體架構及原始碼的目錄結構。
Android系統架構
Android的系統架構可以分為五層，分別是 應用層、應用框架層、系統執行庫層、硬體抽象層、Linux核心層。
應用層
系統內建應用及非系統應用均屬於應用層的級別，它們負責直接與使用者進行互動，一般用Java開發。我們一般開發出來的應用都是屬於應用層。
應用框架層（Framework層）
應用框架層又稱Framework層，為應用的開發人員提供了開發所需的API，我們日常開發基本都是呼叫應用框架層的API，這一層一般也是由Java編寫。
下表列出了這一層主要的元件及簡單描述:
| 名稱 | 功能描述 |
|---|---|
| Activity Manager | 管理各個應用程式生命週期以及通常的導航回退功能 |
| Location Manager | 地理位置以及定位功能服務 |
| Package Manager | 管理所有安裝在Android系統中的應用程式 |
| Notification Manager | 使得應用程式可以在狀態列中顯示自定義的提示資訊 |
| Resource Manager | 應用程式使用的各種非程式碼資源，如本地化字串、圖片、佈局檔案、顏色檔案等 |
| Telephony Manager | 管理所有的移動裝置功能 |
| Window Manager | 管理所有開啟的視窗程式 |
| Content Providers | 使得不同應用程式之間可以共享資料 |
| View System | 構建應用程式的基本元件 |
系統執行庫層（Native層）
系統執行庫層又稱Native層，一般分為兩部分
- C++程式庫
- Android執行時庫
C++程式庫
C++程式庫可以被Android系統的不同元件使用，並且通過Framework層為開發者服務。
下表為常見的C++程式庫及其對應功能:
| 名稱 | 功能描述 |
|---|---|
| OpenGL ES | 3D繪圖函式庫 |
| Libc | 從BSD繼承來的標準C系統函式庫，專門為基於嵌入式Linux的裝置定製 |
| Media Framework | 多媒體庫，支援多種常用的音訊、視訊格式錄製和回放。 |
| SQLite | 輕型的關係型資料庫引擎 |
| SGL | 底層的2D圖形渲染引擎 |
| SSL | 安全套接層，是為網路通訊提供安全及資料完整性的一種安全協議 |
| FreeType | 可移植的字型引擎，它提供統一的介面來訪問多種字型格式檔案 |
可以看到，我們的常用的很多Framework層的庫都是由Native層的這些C++程式庫封裝而成（如 MediaPlayer、SQLite）
Android執行時庫
Android的執行時庫又分為了核心庫和ART（Android5.0後，Dalvik虛擬機器被ART取代）
核心庫提供了Java語言核心庫的大部分功能，使得開發者可以使用Java語言來開發應用。
相比JVM，Dalvik虛擬機器是專門為移動裝置定製，可以在有限的記憶體中同時執行多個虛擬機器例項。並且每一個Dalvik應用都作為一個獨立的Linux程序來執行。獨立的程序可以防止虛擬機器崩潰時所有程式都被關閉。
而ART的機制則與Dalvik不同。Dalvik中的應用執行時，位元組碼都需要通過即時的編譯轉為機器碼，拖慢應用的效率。而ART中，應用在第一次安裝時便會轉換為機器碼，提高執行時的效率。
硬體抽象層（HAL層）
硬體抽象層位於作業系統核心與硬體電路之間的介面層，目的在於把硬體抽象化，保護硬體廠商的智慧財產權。它隱藏了特定平臺的硬體介面的細節，給作業系統提供了虛擬的硬體平臺，使得其具有了硬體無關性。一般將控制硬體的部分放在硬體抽象層中。
Linux核心層
眾所周知，Android是基於Linux的核心，在此基礎上添加了Android專用的驅動。系統的安全性、記憶體管理、程序管理、網路協議棧和驅動模型等都依賴於這個核心。
Android系統原始碼目錄
我們首先需要了解Android系統原始碼的目錄結構，這樣便於我們後期進行原始碼的分析。我們可以到http://androidxref.com這個網站下載Android系統的原始碼。不過最好將原始碼下載下來。
整體結構
各個版本Android的原始碼根目錄基本類似，如果編譯後會多一個out資料夾儲存編譯產生的檔案。
根目錄結構如下：
- abi 應用程式二進位制介面
- art 全新的ART執行環境
- bionic 系統C庫
- bootable 啟動引導相關程式碼
- build 存放系統編譯規則及generic等基礎開發包配置
- cts Android相容性測試套件標準
- dalvik dalvik虛擬機器
- developers 開發者目錄
- development 應用程式開發相關
- device 裝置相關配置
- docs 參考文件目錄
- external 開源模組相關檔案
- frameworks 應用程式框架，Android系統核心部分，由Java和C++編寫
- hardware 主要是硬體抽象層的程式碼
- libcore 核心庫相關檔案
- libnativehelper 動態庫，實現JNI庫的基礎
- ndk NDK相關程式碼，幫助開發人員在應用程式中嵌入C/C++程式碼
- out 編譯完成後程式碼輸出在此目錄
- packages 應用程式包
- pdk Plug Development Kit 的縮寫，本地開發套件
- platform_testing 平臺測試
- prebuilts x86和arm架構下預編譯的一些資源
- sdk sdk和模擬器
- system 底層檔案系統庫、應用和元件
- toolchain 工具鏈檔案
- tools 工具檔案
- Makefile 全域性Makefile檔案，用來定義編譯規則
可以看到系統原始碼分類清晰，內容龐大且複雜。我們接下來分析應用層部分，也就是packages中的內容。
應用層
應用層位於整個Android系統的最上層，開發者開發的應用程式以及系統內建的應用程式都是在應用層。原始碼根目錄中的packages目錄對應著系統應用層。
應用層的目錄結構如下：
- apps 核心應用程式
- experimental 第三方應用程式
- inputmethods 輸入法目錄
- providers 內容提供者目錄
- screensavers 螢幕保護
- services 通訊服務
可以發現，它存放了核心應用程式、第三方應用、輸入法等等與使用者直接互動的內容，這些都是執行在應用層的。
應用框架層
應用框架層是系統的核心部分，一方面向上提供介面給應用層呼叫，另一方面向下與C/C++程式庫以及硬體抽象層等進行銜接。
應用框架層的主要實現程式碼位於/frameworks/base/及/frameworks/av目錄，其中/frameworks/base/的目錄結構如下：
- api 定義API
- cmds 重要命令：am、app_proce等
- core 核心庫
- data 字型和聲音等資料檔案
- docs 文件
- graphics 圖形影象相關
- include 標頭檔案
- keystore 和資料簽名證書相關
- libs 庫
- location 地理位置相關庫
- media 多媒體相關庫
- native 本地庫
- nfc-extras NFC相關
- obex 藍芽傳輸
- opengl 2D/3D 圖形API
- packages 設定、TTS、VPN程式
- sax XML解析器
- services 系統服務
- telephony 電話通訊管理
- test-runner 測試工具相關
- tests 測試相關
- tools 工具
系統執行庫層C/C++部分
系統執行庫層（Native)中的 C/C++程式庫的型別繁多，功能強大，C/C++程式庫並不完全在一個目錄中，
下面是幾個常用且比較重要的C/C++程式庫所在的目錄位置。
- bionic/ Google開發的系統C庫，以BSD許可形式開源。
- /frameworks/av/media 系統媒體庫
- /frameworks/native/opengl 第三方圖形渲染庫
- /frameworks/native/services/surfaceflinger 圖形顯示庫，主要負責圖形的渲染、疊加和繪製等功能
- external/sqlite 輕量型關係資料庫SQLite的C++實現