Android系统框架

首先看系统架构框架图如下：

android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构。从架构图看，android分为四个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层(包含系统库和Android运行库)和linux核心层。

Applications
Application Framework
Libraries
Android Runtime
Linux Kernel

Android本身是一套软件堆叠(Software Stack)，主要分为三层：操作系统、中间件、应用程序。
Android的中间件可以再细分出两层，底层是函数库(Library)和虚拟机(Virtual Machine; VM)，上层为应用程序框架(Application Framework)。上面架构图中蓝色部分为Java语言开发，绿色部分为C/C++开发，红色的Kernel层为C开发，黄色部分为Dalvik VM部分。以下分别介绍每一层的作用

应用程序层(Applications)

Android会同一系列核心应用程序包一起发布，该应用程序包包括email客户端，SMS短消息程序，日历，地图，浏览器，联系人管理程序等。所有的应用程序都是使用JAVA语言编写的。

应用程序框架层(Application Framework)

开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的API框架。该应用程序的架构设计简化了组件的重用;任何一个应用程序都可以发布它的功能块并且任何其它的应用程序都可以使用其所发布的功能块(不过得遵循框架的安全性限制)。同样，该应用程序重用机制也使用户可以方便的替换程序组件。隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统, 其中包括; Views System：丰富而又可扩展的视图(Views)，可以用来构建应用程序，它包括列表(lists)，网格(grids)，文本框(text boxes)，按钮(buttons)，甚至可嵌入的web浏览器。 Content Providers(内容提供器)：使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据(如联系人数据库)，或者共享它们自己的数据。 Resource Manager(资源管理器)：提供非代码资源的访问，如本地字符串，图形，和布局文件( layout files ) 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。。通知列设定在手机的顶部，像短信(short Message)，Voice mail都会在此进行提示。 Activity Manager(Activity管理)：用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能。

函数库层(Libraries)

Android 包含一些C/C++库，这些库能被Android系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。以下是一些核心库：
System C library �C 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库( libc )，它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。 Media Libraries �C 基于 PacketVideo OpenCORE;该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。 Surface Manager �C 对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提供了2D和3D图层的无缝融合。 LibWebCore �C 一个最新的web浏览器引擎用，支持Android浏览器和一个可嵌入的web视图。 SGL -底层的2D图形引擎。 3D Libraries -基于OpenGL ES 1.0 APIs实现;该库可以使用硬件 3D加速(如果可用)或者使用高度优化的3D软加速。 Free Type - 位图(bitmap)和矢量(vector)字体显示。 SQLite �C SQLite是一套开放源码的关系数据库，一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。 SSL �C Secure Socket Layer用于保护网页通讯的协议。

Android运行时库层(Android Runtime)

Android虽然使用Java程序语言来开发应用程序，但是却不使用一般大家目前在用的J2ME版本来执行Java程序，而是采用Android自有的Android Runtime来执行。 Android Runtime包含下面两个核心。 Core Libraries Android 包括了一个核心库，该核心库提供了JAVA编程语言核心库的大多数功能。 Dalvik Virtual Machine 每一个Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。 Dalvik虚拟机执行(.dex)的Dalvik可执行文件，该格式文件针对小内存使用做了优化。同时虚拟机是基于寄存器的，所有的类都经由JAVA编译器编译，然后通过SDK中的 “dx” 工具转化成.dex格式由虚拟机执行。 Dalvik虚拟机有许多地方是参考Java虚拟机的设计，Dalvik虚拟机所执行的中间代码并非是Java虚拟机所执行的Java Bytecode，同时也不直接执行Java类(Java Class File)，而是依靠转换工具将Java bytecode转为Dalvik VM执行时特有的dex(Dalvik Executable) 格式，成为.dex。Dalvik VM与Java VM最大的不同在于Java VM是Stack-based，而Dalvik VM是(register-based)。以技术层面来看Register-based VM的特性有个很大的好处，那就是对于目前主流的硬件架构，很容易与现有系统整合且达到最优化，而所需要的资源也相对较少。甚至在硬件实现VM上会比较容易实现。最重要的是Dalvik并不是由J2ME实现，而不存在J2ME授权相关的问题。通常来说，Java比较慢不单单只是因为Virtual Machine的关系，Java的程序编译成Bytecode也是关键因素之一，因为Java VM采用了Stack-based的方式来产生指令，所以所有的变量都需要push, pop操作，所以就会多出不少指令，而Dalvik VM则采用Register-based方式，变量都存储在寄存器中，相比较而言，Dalvik VM的指令就会少一点，速度也就会更加快一点。

操作系统层(Linux Kernel)

Android平台的操作系统用的是Linux，内核版本为2.6版，包含的主要功能有安全(Security)、内存管理(Memory Management)、进程管理(Process Managemen)、网络协议栈(Network Stack)、硬件驱动(Driver Model)等，Linux内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。关于 Android 对 kernel 的修改， Google 的简报还提供了两个重点：
Binder (IPC)：提供有效率的程序间沟通管道(Inter-Process Communication)。Android 系统中有很多服务，而上层的应用程序经常要取用这些服务，一般的 Linux 系统已经提供了不少 IPC 的方式，不过 Android 还是搞了套自己的。虽说文件中解释原因为「一般 IPC 会造成额外资源花费，以及安全问题」，但其实这些都是可以基于原有架构在 kernel 外头解决的，为何要改在 kernel 里头，笔者对此存疑，也只能等找时间去研究程序代码才知了。
Power Management：与桌上型计算机或笔记型计算机不同，手持装置的电源一向相当有限，必须无所不用其极的去想办法省电，但又不损及顺畅的使用经验。Android 在此采取了颇为积极的作法：「没有人说要用，就关掉」。例如某程序在放 MP3 音乐，于是此程序会需要 CPU 的计算能力，那就得开口要。如果与此同时没其它程序在执行，那么 LCD 显示器就可能被关掉，藉以省电。另一特别处，是在于 Linux kernel 一般考虑的都是在计算机上的作法，所以多半只有进入暂停、休眠等等的选择，而不会如此细致的去控制到各个小装置的电源供应。
系统函式库

这里说的系统函式库是指 “native libraries”，是跑在系统里头的函式库，采用的语言不是 Java，提供一些基础建设。里头有几个值得一提的组件：

Bionic：这是 Android 版的 libc。libc 是 GNU/Linux 以及其它类似 Unix 系统上最基础的函式库，一般最常用的是 glibc，就是 GNU 做的 libc。不然在比较小型的装置上也可以用 uclibc。不论是 glibc or uclibc，版权都是LGPL (GPL 的略为弱化版)。看到这大概可以猜到了吧，又是 Copyleft 问题。官方的说法是，除了版权问题以外，还考虑必须轻量以及快速，所以才做了自己的 libc。不过轻量、快速，本来就是小型装置用的 uclibc 一开始的目标，因此，最主要的恐怕还是版权问题。
Webkit：鼎鼎大名的 Apple Safari 浏览器背后的引擎就是 Webkit，Android 也包含进去了。离线使用的 html 配上 html 5 的一些新发展，产生了各种有趣的可能，这部分值得另文介绍，这里就不再赘述。
Surface Flinger：提供把各种”surface”组合在一起的能力。在这里 surface 解释为程序想要显示在屏幕的东西，可能同一屏幕上有来自不同程序的内容，而这些内容有可能是 2D 显示或是 3D 显示等等之类。Surface flinger 就是把这些东西结合起来，一起送到屏幕上。目前程序代码还没公布，不过 2D 跟 3D 的混合显示一直都是问题，根本原因是我们通常告诉 3D 显示卡的东西都是一些「我要在哪里哪里画上什么形状，贴上某某材质然后旋转多少度」之类的事情，也就是说，我们并不知道最后显示出来会长什么样子，那是显示卡上头的 GPU 去算出来的。一般这些东西是显示在一个有装饰的窗口里头，这装饰通常是 2D 效果。接下来假定我们想要旋转这整个窗口，而且里头的东西还要继续动，那等于要随时把握 3D 窗口里的东西长什么样子，然后把它跟 2D 的窗口框框结合，然后再开始转动。目前在一般 GNU/Linux 上这件事情还没有处理的非常好，Android 怎么做，值得在程序代码公布之后注意。
硬件抽象层 (Hardware Abstraction Libraries)：这就是前文所述的 userspace 驱动程序，如果想要将 Android 在某硬件平台上执行，基本上完成这些驱动程序就行了。其内定义了 Android 对各硬件装置例如显示芯片、声音、数字相机、GPS、GSM 等等的需求。

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