02-06-01 Android系统架构深入

02-06-01 Android系统架构深入

1. 概述

Android系统是基于Linux内核的分层架构，从下到上分为：Linux内核、硬件抽象层(HAL)、Native库、Android Runtime、Framework层、应用层。理解系统架构是进行Framework开发、系统定制、性能优化的基础。

2. 系统架构分层

┌─────────────────────────────────────────────┐ │ Application Layer (应用层) │ │ System Apps | Third-party Apps │ ├─────────────────────────────────────────────┤ │ Application Framework (框架层) │ │ ActivityManager | PackageManager | WMS │ ├─────────────────────────────────────────────┤ │ Binder IPC | System Server │ ├─────────────────────────────────────────────┤ │ Android Runtime (运行时) | Native │ │ ART/Dalvik | Core Libraries | NDK │ ├─────────────────────────────────────────────┤ │ Hardware Abstraction Layer (HAL层) │ │ Camera HAL | Audio HAL | Sensor HAL │ ├─────────────────────────────────────────────┤ │ Linux Kernel (内核层) │ │ Drivers | Binder Driver | Power Mgmt │ └─────────────────────────────────────────────┘

3. Linux内核层

Android基于Linux内核，提供核心系统服务：

3.1 核心功能

3.2 关键驱动

// Binder驱动接口structbinder_transaction_data{void*target;void*cookie;unsignedintcode;unsignedintflags;pid_tsender_pid;uid_tsender_euid;size_tdata_size;size_toffsets_size;union{struct{constvoid*buffer;constvoid*offsets;}ptr;uint8_tbuf[8];}data;};

4. HAL层

硬件抽象层屏蔽底层硬件差异，为Framework提供统一接口。

4.1 HAL架构

Framework ↓ JNI Native Service ↓ dlopen HAL Module (.so) ↓ ioctl Kernel Driver

4.2 HAL模块示例

// hardware/libhardware/include/hardware/sensors.hstructsensors_module_t{structhw_module_tcommon;int(*get_sensors_list)(structsensors_module_t*module,structsensor_tconst**list);};// 加载HAL模块conststructhw_module_t*module;hw_get_module(SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,&module);

5. Native层

Native层包含C/C++库和Android运行时。

5.1 核心库

5.2 Bionic特点

// Bionic vs glibc// 1. 体积更小（~1MB vs ~2.5MB）// 2. 启动更快// 3. 专为移动设备优化// 4. 支持Android特有功能（如Properties）// Android属性系统#include<sys/system_properties.h>charvalue[PROP_VALUE_MAX];__system_property_get("ro.build.version.sdk",value);

6. Framework层

Framework层是Android系统核心，提供丰富的API。

6.1 System Server

System Server是Framework的核心进程，运行所有系统服务：

// frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.javapublicfinalclassSystemServer{privatevoidstartBootstrapServices(){// 启动核心服务mActivityManagerService=ActivityManagerService.Lifecycle.startService(mSystemServiceManager);mPowerManagerService=mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);mPackageManagerService=PackageManagerService.main(...);}privatevoidstartCoreServices(){// 启动核心服务mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class);}privatevoidstartOtherServices(){// 启动其他服务WindowManagerServicewm=WindowManagerService.main(...);InputManagerServiceinputManager=newInputManagerService(...);// ...}}

6.2 主要系统服务

7. 应用层

应用层包括系统应用和第三方应用。

7.1 系统应用

packages/apps/ ├── Launcher3 # 桌面启动器 ├── Settings # 设置 ├── Phone # 电话 ├── Contacts # 联系人 ├── Camera2 # 相机 ├── Gallery2 # 图库 └── SystemUI # 状态栏、通知

8. 启动流程

8.1 系统启动流程

1. BootLoader ↓ 2. Linux Kernel ↓ 3. Init进程 (pid=1) ↓ 解析init.rc 4. Zygote进程 ↓ 预加载类和资源 5. System Server ↓ 启动系统服务 6. Launcher ↓ 7. 应用启动

8.2 Zygote启动

// frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.javapublicstaticvoidmain(Stringargv[]){// 1. 预加载类preload();// 2. 启动System Serverif(startSystemServer){startSystemServer(...);}// 3. 进入Loop，等待fork请求runSelectLoop(abiList);}staticvoidpreload(){preloadClasses();// 预加载常用类preloadResources();// 预加载资源preloadOpenGL();// 预加载OpenGLpreloadSharedLibraries();// 预加载so库}

9. Binder通信

Binder是Android特有的IPC机制，是Framework的基础。

9.1 Binder架构

Client ↓ transact() Binder驱动 (/dev/binder) ↓ onTransact() Server

9.2 AIDL示例

// IMyService.aidlinterfaceIMyService{StringgetData(intid);voidsetData(intid,Stringvalue);}// 服务端publicclassMyServiceextendsService{privatefinalIMyService.Stubbinder=newIMyService.Stub(){@OverridepublicStringgetData(intid){return"data_"+id;}@OverridepublicvoidsetData(intid,Stringvalue){// 实现逻辑}};@OverridepublicIBinderonBind(Intentintent){returnbinder;}}// 客户端IMyServiceservice=IMyService.Stub.asInterface(binder);Stringdata=service.getData(100);

10. 性能优化

10.1 启动优化

// 延迟初始化非关键组件publicclassApplicationextendsandroid.app.Application{@OverridepublicvoidonCreate(){super.onCreate();// 核心组件立即初始化initCrashReporter();// 非核心组件延迟初始化Handlerhandler=newHandler(Looper.getMainLooper());handler.postDelayed(()->{initImageLoader();initAnalytics();},3000);}}

10.2 内存优化

// 使用Application Context避免内存泄漏publicclassMyManager{privatestaticMyManagersInstance;privateContextmContext;publicstaticMyManagergetInstance(Contextcontext){if(sInstance==null){synchronized(MyManager.class){if(sInstance==null){sInstance=newMyManager(context.getApplicationContext());}}}returnsInstance;}privateMyManager(Contextcontext){mContext=context;}}

总结

Android系统架构是分层设计，各层职责清晰：

1. Linux内核：提供核心系统服务
2. HAL层：屏蔽硬件差异
3. Native层：高性能C/C++库
4. Framework层：Java API和系统服务
5. 应用层：系统应用和第三方应用

理解系统架构是进行Framework开发、系统定制、性能优化的基础。

下一篇预告：《Binder机制详解》