1.2　Android体系结构

要深入学习Android，必须理解Android的体系结构，本节将分别从静态和动态两种视角对Android的体系结构进行介绍。

1.2.1　静态视角的体系结构

Android采用了分层的体系结构，各层的结构和功能非常清晰。从上往下看，Android分为四层，分别是：1）应用层，2）应用框架层，3）Android运行环境和系统运行库层，4）Linux内核层，如图1-1所示。

1.应用层

应用层位于Android体系结构的最上层。Google在Android中内置了一些核心应用程序，如图1-1所示，有主屏幕（Home）、联系人（Contacts）、电话（Phone）、浏览器（Browser），另外还有日历（Calendar）、地图、SMS短消息程序、图库（Gallery）、输入法、闹钟（Alarm）等。开发者还可以使用应用框架层提供的API 编写自己的应用程序，这也是Android 开源的巨大优势之一。

应用程序主要用Java语言编写，自Android 1.5开始，Google提供了NDK开发工具，可以方便地开发基于JNI的应用程序。NDK便于开发者开发需要基于C/C++才能实现的功能，也可以提高程序执行效率。

2.应用框架层

应用框架层是Android体系结构的第二层，它不仅为应用层提供API，而且是一种重要的机制。这种机制为应用层提供了可以复用的组件，提供了应用层开发的规范，屏蔽了应用层与底层交互的复杂性。应用框架层提供的API并不完全对第三方应用程序开放，有一部分API是隐藏的。开发第三方应用程序需要依赖Android SDK提供的API，它只是应用框架层API的一个子集。

本层主要是使用Java和JNI实现的，位于该层的主要组件如表1-2所示。

3．Android运行环境和系统运行库层

Android运行环境和系统运行库层位于Android体系结构的第三层。本层相当于中间件层，为应用框架层提供服务，它分成两个部分：一部分是系统运行库，包含各种系统库和第三方库；另一部分是Android 运行环境，这里主要是使用C++和C实现的。

应用框架层为应用层提供的功能，在底层大多是由系统运行库实现的。Android应用层使用的多媒体、浏览器、数据库、图形引擎等，其功能实现均位于该层。

Android应用层的Java程序运行在虚拟机中。Android提供了Dalvik虚拟机以支持Java运行环境。

系统运行库的主要组件如表1-3所示。

Android运行环境的主要组件如表1-4所示。

4．Linux内核层

Android 自ICS开始基于Linux 3.0内核，充分利用了Linux内核基于权限的安全模型、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等优点，并在Low Memory Killer、进程间通信（Binder）、电源管理以及日志系统（Logger）等方面引入了不同于标准Linux的全新实现。Android对标准Linux内核做了大量剪裁和优化，其修改主要集中在以下方面：

弃用标准Linux的GUI系统。

采用更有效率的Bionic Libc库代替glibc库。

基于ARM架构增加了Gold-Fish平台。

专有的驱动程序：Binder、Logger、PowerManager、Timed GPIO、Alarm、Ashmem、RAM Console。

Android对标准Linux内核做了很多修改，有兴趣的读者可以自行比较这两部分源代码的区别。

Linux Kernel遵守GPL license，Android遵守Apache license。为了避开GPL license完全开放源码的规定，保护硬件厂商的驱动程序，Android把控制硬件的操作放到了Android HAL（Hardware Abstraction Layer，硬件抽象层）中，在内核驱动中只有简单的读写寄存器的操作。遵守Apache license，硬件厂商可以只提供二进制代码，而不需要提供源码。HAL层并没有在官方的体系结构图中体现出来，实际上它位于Linux内核层和Android运行环境和系统运行库层之间。

Patrick Brady 在2008年Google I/O大会上发表了题为“Anatomy & Physiology of an Android”的演讲，他在演讲中提出了HAL层的概念，如图1-2所示。

注意　引入HAL层，可以使Android与Linux的耦合度更低，减少Android对Linux内核和驱动的依赖，方便系统移植和接口开发。

熟悉了Android的四层体系结构后，有必要对一些容易混淆的概念加以界定和区分。这里涉及的概念有应用框架层、框架层和frameworks。

应用框架层：特指Android四层体系结构中的Application Framework。应用框架层不仅为应用层提供API和UI控件，而且为应用层提供了一套代码设计的模式。引入应用框架层后，应用层被浓缩为Activity、Service、Content Provider和Broadcast Receiver四大组件。

框架层：严格意义上讲，并没有一个明确的界限去定义框架层。从Android体系结构的视角，可以把应用框架层、Android运行环境和系统运行库层以及Binder都归入框架层的范畴。从源代码的视角，可以把dalvik、frameworks、external、libcore、system这几个包的内容归入框架层的范畴。本书中框架层的概念便基于上述定义。

frameworks：一般指Android源码中的frameworks包。

1.2.2　动态视角的体系结构

静态的体系结构是从横向分层的角度诠释Android是什么。如果静态的体系结构不足以让读者理解Android的运行机制，我们可以看看Google工程师Sans Serif是怎么描述Android体系结构的，如图1-3所示。

注意　这里内容来源于Sans Serif的一篇博文，原文网址如下： www.tbray.org/ ongoing/When/201x/ 2010/11/14/What-Android-Is。

在图1-3中，将Android划分为两个交互的空间：用户空间和内核空间。

1．用户空间

用户空间分为两个交互的子系统：Native子系统和Java子系统。两个子系统通过JNI技术连接在一起，建立在内核空间之上。

Native子系统主要由NDK开发的App、应用框架层Native部分和标准库C/C++部分组成。

Java子系统主要由SDK开发的App、系统内置App、应用程序框架层Java部分、标准库的Java接口组成。

运行时，Java应用程序调用应用框架层的接口使用标准库提供的服务。整个系统的运行环境和进程管理便由Dalvik和Linux Kernel负责。

2．内核空间

内核空间分为两部分：Linux内核和Android扩展支持，用于完成操作系统运行支持。其中Android扩展部分包括Binder、Logger、OOM等机制。

熟悉了Android的体系结构，接下来我们就要下载Android源码看个究竟。