Android體系架構詳解

本文講述的Android系統體系架構，是指應用層之下的整個系統內部的架構層級關系。而並非常說的4層架構：應用層，framework，運行庫與環境，Linux內核，而是把系統內部的流程調用劃分更加詳細。

一、架構

Android系統體系架構圖：

Android系統體系架構分為5層，自頂而下分別是：

• 應用程序框架（Application Framework）
• 進程通信層（Binder IPC）
• 系統服務層（Android System Services）
• 硬件抽象層（HAL）
• Linux內核（Linux Kernel）

1.1 應用程序框架（Application Framework）

應用框架，對於App開發者使用最為頻繁。而硬件開發者，只需要認識到這些APIs是HAL層接口的映射就可以了。

1.2 進程通信層（Binder IPC）

Binder Inter-Process Communication(IPC),進程間通信機制允許framework來跨進程邊界，來調用Android的系統服務的代碼，這使得框架API與Android系統服務能夠進行交互。對於開發者來說，這種通信機制是隱藏的。

1.3 系統服務層（Android System Services）

功能是通過framework APIs與系統服務通信，以實現底層硬件的訪問。服務是模塊化的，主要部件如Window Manager, Search Service,或者Notification Manager.Android包括兩類服務：系統服務（如Window Manager，Notification Manager）和媒體服務（包括播放和錄制的媒體服務）。

1.4 硬件抽象層（HAL）

硬件抽象層（HAL）定義了一個標准接口用於硬件廠商的實現. HAL允許功能實現，而不會影響或修改上層的系統。HAL的實現被打包成模塊（.so）文件，並在適當的時候被加載進Android系統。

 硬件抽象層組件

• 標准HAL結構 每個特定的硬件HAL接口特性被定義在hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h,這保證HAL具有可預測的結構。該接口允許Android系統來加載相應HAL模塊的正確版本。HAL接口有兩個通用組件：模塊與設備。

• HAL模塊 HAL的實現被用於構建成模塊（.so）文件，並在適當的時機通過Android動態鏈接到系統。你可以通過為每一個HAL的實現創建Android.mk文件並指向源碼文件，來實現將其構建到系統中。一般來說，你的共享庫必須被命名為符合規定的格式，以保證他們能被找到被正確加載。命名模式為為 <module_type>:<device_name>.

1.5 Linux內核（Linux Kernel）

開發設備驅動程序類似於開發一個典型的Linux設備驅動程序。Android使用Linux內核，再加上一些特殊的特性，如wake locks, Binder IPC驅動，以及用於移動嵌入式平台重要的其他功能。這些增加主要用於系統功能，而不會影響驅動程序的開發。

二、實戰

對於Android的體系結構，通過上面的講解，還是比較抽象，下面將通過具體的一個模塊Audio來舉例說明。先展示一張Audio的體系結構圖：

• Application framework, 應用程序框架包括使用android.media API與audio硬件交互的app代碼。在內部，這個代碼調用相應的JNI類來訪問與audio硬件交互的native代碼。

• JNI, JNI代碼關聯android.media調用native代碼來訪問audio硬件. JNI代碼位於frameworks/base/core/jni/和frameworks/base/media/jni.

• Native framework, native框架提供一個相當於android.media包的本地框架，調用IPC代理來訪問媒體服務器的音頻專用的服務。native框架代碼位於frameworks/av/media/libmedia.

• Binder IPC, IPC代理可跨進程通信，該代理位於frameworks/av/media/libmedia,並以字母”I”開頭。

• Media server，媒體服務包括audio服務，是真正與HAL實現層交互的代碼。media server代碼位於frameworks/av/services/audioflinger.

• HAL，HAL定義了audio服務調用的標准接口，audio硬件必須正確實現的功能。 audio HAL層接口位於hardware/libhardware/include/hardware.關於更多可查看hardware/audio.h.

• Kernel driver，audio驅動是與硬件和HAL實現的交互。可以使用Linux聲音架構(ALSA),開發聲音系統(OSS),或者自定義的驅動（HAL與驅動程序無關）。

三、小結

通過對Android體系的從上層到底層的一個梳理過程，希望能對andorid源碼有完整的認識，對模塊調用有一個較清晰的體會。