Android(安卓)内核剖析

Android 操作系统是基于Linux实现的，然而Android的核心价值却不是Linux，所以说，Android的内核不是指Linux，本书不是一本介绍Linux的书。这就好比苹果的操作系统iOS是基于Unix实现的，然而iOS的核心价值却不是Unix。　　那么，Android的内核是什么，它的核心价值都包含什么？　　大家听过和Android内核最多的词语应该是“Android Framework”以及“Dalvik虚拟机”，那么，这两个核心部分从内部运行机制的角度来看，到底扮演着什么角色，彼此之间如何协同工作呢？了解清楚了这些，也就了解了所谓Android的核心价值，即Android内核。　　从进程的角度来看，Android的运行环境如下图所示：

　　当 Linux内核启动后，此时系统的状态和普通的Linux系统基本相同，通过配置Linux中的init.rc文件，可以指定内核启动后都要执行什么程序，而这之后所启动的程序才是Android系统和普通Linux应用系统的区别。　　init.rc中所启动的一个重要进程被称作zygote进程，如上图中红色边框所示，zygote这个英文单词的意思是“受精卵”，本书将其称为“种子进程”，从进程的角度来看，种子进程仅仅是一个Linux进程而已，它和一个只包含main()函数的C程序所产生的进程是同一个级别，如上图中双实线边框所示。　　种子进程里面所运行的程序基本上就是Android内核的精华所在，其内部主要完成了两件事情。第一件事情是装载了一段程序代码，这些代码都是用C语言写的，这段代码的作用只是为了能够执行Java 编译器编译出的字节码，这段代码就是传说中的Java虚拟机，在Android中称为Dalvik虚拟机。　　第二件事情必须基于第一件事情之后，即当Dalvik虚拟机代码初始化完成后，从一个名为ZygoteInit.java类中的main()函数中开始执行。这里大家就奇怪了，Dalvik虚拟机如何知道ZygoteInit这个Java类在哪个Jar包里面？实际上，这个Jar包的目录位置信息正是在init.rc中进行配置的，只不过没有直接指定，而是使用一个标志符，当这个标志符是“zygote”时，Dalvik虚拟机就会从“硬编码”的字符串中得到ZygoteInit类所在的Jar包，而这个Jar包正是framework.jar。　　接下来的事情即是简单的，又是复杂的。所谓简单是指，ZygoteInit类中main()函数所做的事情和Linux本身就没多大关系了，理论上完全可以在该main()函数中实现任意简单的功能；所谓复杂是指，该main()函数中才刚刚开始启动Android的核心功能。　　在ZygoteInit类中的main()函数中，首先加载一些类文件，这些类将作为以后所有其它Apk程序共享的类，接着，会创建一个Socket服务端，该服务端将用于通过Socket启动新进程。　　该进程之所以被称为“种子”进程的原因就是，当其内部的Socket服务端收到启动新的Apk进程的请求时，会使用Linux的一个系统调用folk()函数从自身复制出一个新的进程，新进程和Zygote进程将共享已经装载的类，这些类都是在framework.jar中定义的。　　以上从进程的角度分析了Android内核的概念，下面从图形用户界面的角度再来看看Android内核的含义。大家都知道，Linux内核所提供的功能主要包括：　　l 进程调度　　l 内存管理　　l 驱动模型　　这些功能都是和用户界面没有关系的，内核一般仅仅会通过USB接口或者RS232串口输出一些状态信息，而对于窗口操作系统而言，这还远远不够，最重要的就是操作系统应该提供一套用户界面子系统，该子系统包含如何创建、删除窗口，以及用户如何和窗口进行交互，同时还应该提供一套界面程序库，以便第三方开发商能够基于该界面库快速的开发一些窗口应用程序。而这就是Android最核心的内容，完成这些功能的代码大部分都在那个framework.jar文件中，Dalvik虚拟机只不过是执行这些功能代码的一个环境而已。　　因此，如果考虑图形用户界面，则一个Android应用程序的内部关系如下图所示：

　　首先，内部模块可分为三个大部分，分别是：　　第一部分，Linux驱动端。该模块重新把标准Linux驱动抽象为Android所定义的硬件接口，从而保持了Android内核代码的独立性，即当Linux驱动有变动时，只需要修改该适配层，而不需要再修改Android内核的代码。该驱动端也被称作硬件抽象层(Harware Abstarction Layout)。　　第二部分，Framework服务端，该服务端主要进行输入消息的处理，并将消息传递给窗口管理服务线程(WmS)，WmS内部会根据当前所有应用窗口的层次关系，决定应该把这个消息派发给哪个窗口。除了WmS外，还包含一个核心线程组件，即Activity管理线程(AmS)，Activity是Android中定义的一个程序片段，这个片段可理解为“可以被动态加载的程序”，即，当应用线程启动后，可以根据用户的操作，有选择的加载不同的Activity。　　第三部分，Apk应用程序客户端。每一个Apk应用程序的客户端都是从ActivityThread类中的main()函数开始执行，这和一个普通的Java程序完全相同，当ActivityThread启动后，会向AmS报告说“自己已经启动了，请告诉我要执行哪一个Activity片段”，AmS会通过进程间通信 (Inter Process Communication)的方式把要加载的Activity信息告诉给ActivityThread，从而ActivityThread执行指定的Activity，而在Activity内部会调用Framework中提供的各种添加窗口的函数进行窗口的添加和删除。　　Android内核剖析就是围绕以上过程进行彻底的剖析。

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