Android体系架构

Posted by Gityuan on August 1, 2015

本文讲述的Android系统体系架构,是指应用层之下的整个系统内部的架构层级关系。而并非常说的4层架构:应用层,framework,运行库与环境,Linux内核,而是把系统内部的流程调用划分更加详细。

一、架构

Android系统体系架构图:

android architecture

Android系统体系架构分为5层,自顶而下分别是:

  • 应用程序框架(Application Framework)
  • 进程通信层(Binder IPC)
  • 系统服务层(Android System Services)
  • 硬件抽象层(HAL)
  • Linux内核(Linux Kernel)

1.1 应用程序框架(Application Framework)

应用框架,对于App开发者使用最为频繁。而硬件开发者,只需要认识到这些APIs是HAL层接口的映射就可以了。

1.2 进程通信层(Binder IPC)

Binder Inter-Process Communication(IPC),进程间通信机制允许framework来跨进程边界,来调用Android的系统服务的代码,这使得框架API与Android系统服务能够进行交互。对于开发者来说,这种通信机制是隐藏的。

1.3 系统服务层(Android System Services)

功能是通过framework APIs与系统服务通信,以实现底层硬件的访问。服务是模块化的,主要部件如Window Manager, Search Service,或者Notification Manager.Android包括两类服务:系统服务(如Window Manager,Notification Manager)和媒体服务(包括播放和录制的媒体服务)。

1.4 硬件抽象层(HAL)

硬件抽象层(HAL)定义了一个标准接口用于硬件厂商的实现. HAL允许功能实现,而不会影响或修改上层的系统。HAL的实现被打包成模块(.so)文件,并在适当的时候被加载进Android系统。

HAL components 硬件抽象层组件

  • 标准HAL结构 每个特定的硬件HAL接口特性被定义在hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h,这保证HAL具有可预测的结构。该接口允许Android系统来加载相应HAL模块的正确版本。HAL接口有两个通用组件:模块与设备。

  • HAL模块 HAL的实现被用于构建成模块(.so)文件,并在适当的时机通过Android动态链接到系统。你可以通过为每一个HAL的实现创建Android.mk文件并指向源码文件,来实现将其构建到系统中。一般来说,你的共享库必须被命名为符合规定的格式,以保证他们能被找到被正确加载。命名模式为为 <module_type>:<device_name>.

1.5 Linux内核(Linux Kernel)

开发设备驱动程序类似于开发一个典型的Linux设备驱动程序。Android使用Linux内核,再加上一些特殊的特性,如wake locks, Binder IPC驱动,以及用于移动嵌入式平台重要的其他功能。这些增加主要用于系统功能,而不会影响驱动程序的开发。


二、实战

对于Android的体系结构,通过上面的讲解,还是比较抽象,下面将通过具体的一个模块Audio来举例说明。先展示一张Audio的体系结构图:

Audio architecture

  • Application framework, 应用程序框架包括使用android.media API与audio硬件交互的app代码。在内部,这个代码调用相应的JNI类来访问与audio硬件交互的native代码。

  • JNI, JNI代码关联android.media调用native代码来访问audio硬件. JNI代码位于frameworks/base/core/jni/frameworks/base/media/jni.

  • Native framework, native框架提供一个相当于android.media包的本地框架,调用IPC代理来访问媒体服务器的音频专用的服务。native框架代码位于frameworks/av/media/libmedia.

  • Binder IPC, IPC代理可跨进程通信,该代理位于frameworks/av/media/libmedia,并以字母”I”开头。

  • Media server,媒体服务包括audio服务,是真正与HAL实现层交互的代码。media server代码位于frameworks/av/services/audioflinger.

  • HAL,HAL定义了audio服务调用的标准接口,audio硬件必须正确实现的功能。 audio HAL层接口位于hardware/libhardware/include/hardware.关于更多可查看hardware/audio.h.

  • Kernel driver,audio驱动是与硬件和HAL实现的交互。可以使用Linux声音架构(ALSA),开发声音系统(OSS),或者自定义的驱动(HAL与驱动程序无关)。

三、小结

通过对Android体系的从上层到底层的一个梳理过程,希望能对andorid源码有完整的认识,对模块调用有一个较清晰的体会。


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