第2章 Android的内核机制和结构剖析
本章主要内容
❑ Android为什么要采用Linux内核？
❑ 设备在睡眠状态时如何确保系统时间保持运行，以及如何从睡眠状态被唤醒？
❑ 如何管理内存和内存共享？
❑ 当内存过低时怎么办？
❑ 内核调试器的原理是什么？
❑ 如何抓取Android系统的各种日志？
第1章在宏观上介绍了Android的结构和原理，同时，搭建了后面我们将要使用的开发环境。本章将开始对Android的内核进行剖析，主要介绍Android和Linux之间的关系，以及Android系统在Linux系统之上扩展的部分功能和驱动。难度可能比上一章大一点，但是不用担心，我们会带着上述问题详细讲解的。
2.1 Linux与Android的关系
虽然Android基于Linux内核，但是它与Linux之间还是有很大的差别，比如Android在Linux 内核的基础上添加了自己所特有的驱动程序。下面我们就来分析一下它们之间究竟有什么关系？
2.1.1 为什么会选择Linux
成熟的操作系统有很多，但是Android为什么选择采用Linux内核呢？这就与Linux的一些特性有关了，比如：
❑ 强大的内存管理和进程管理方案
❑ 基于权限的安全模式
❑ 支持共享库
❑ 经过认证的驱动模型
❑ Linux本身就是开源项目
更多关于上述特性的信息可以参考Linux 2.6版内核的官方文档，这便于我们在后面的学习中更好地理解Android所特有的功能特性。接下来分析Android与Linux的关系。
2.1.2 Android不是Linux
看到这个标题大家可能会有些迷惑，前面不是一直说Android是基于Linux内核的吗，怎么现在又不是Linux了？迷惑也是正常的，请先看下面几个要点，然后我们将对每一个要点进行分析，看完后你就会觉得Android不是Linux了。
❑ 它没有本地窗口系统
❑ 它没有glibc的支持
❑ 它并不包括一整套标准的Linux使用程序
❑ 它增强了Linux以支持其特有的驱动
1．它没有本地窗口系统
什么是本地窗口系统呢？本地窗口系统是指GNU/Linux上的X窗口系统，或者Mac OX X的Quartz等。不同的操作系统的窗口系统可能不一样，Android并没有使用（也不需要使用） Linux的X窗口系统，这是Android不是Linux的一个基本原因。
2．它没有glibc支持
由于Android最初用于一些便携的移动设备上，所以，可能出于效率等方面的考虑，Android并没有采用glibc作为C库，而是Google自己开发了一套Bionic Libc来代替glibc。
3．它并不包括一整套标准的Linux使用程序
Android并没有完全照搬Liunx系统的内核，除了修正部分Liunx的Bug之外，还增加了不少内容，比如：它基于ARM构架增加的Gold-Fish平台，以及yaffs2 FLASH文件系统等。
4．Android专有的驱动程序
除了上面这些不同点之外，Android还对Linux设备驱动进行了增强，主要如下所示。
1）Android Binder 基于OpenBinder框架的一个驱动，用于提供 Android平台的进程间通信（InterProcess Communication，IPC）功能。源代码位于drivers/staging/android/binder.c。
2）Android电源管理（PM） 一个基于标准Linux电源管理系统的轻量级Android电源管理驱动，针对嵌入式设备做了很多优化。源代码位于：
❑ kernel/power/earlysuspend.c
❑ kernel/power/consoleearlysuspend.c
❑ kernel/power/fbearlysuspend.c
❑ kernel/power/wakelock.c
❑ kernel/power/userwakelock.c
3）低内存管理器（Low Memory Killer） 比Linux的标准的OOM（Out Of Memory）机制更加灵活，它可以根据需要杀死进程以释放需要的内存。源代码位于 drivers/staging/android/lowmemorykiller.c。
4）匿名共享内存（Ashmem） 为进程间提供大块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。源代码位于mm/ashmem.c。
5）Android PMEM（Physical） PMEM用于向用户空间提供连续的物理内存区域，DSP和某些设备只能工作在连续的物理内存上。源代码位于drivers/misc/pmem.c。
6）Android Logger 一个轻量级的日志设备，用于抓取Android系统的各种日志。源代码位于drivers/staging/android/logger.c。
7）Android Alarm 提供了一个定时器，用于把设备从睡眠状态唤醒，同时它还提供了一个即使在设备睡眠时也会运行的时钟基准。源代码位于drivers/rtc/alarm.c。
8）USB Gadget驱动 一个基于标准 Linux USB gadget驱动框架的设备驱动，Android的USB驱动是基于gaeget框架的。源代码位于drivers/usb/gadget/。
9）Android Ram Console 为了提供调试功能，Android允许将调试日志信息写入一个被称为RAM Console的设备里，它是一个基于RAM的Buffer。源代码位于drivers/staging/android /ram_console.c。
10）Android timed device 提供了对设备进行定时控制的功能，目前支持vibrator和LED设备。源代码位于drivers/staging/android /timed_output.c(timed_gpio.c)。
11）Yaffs2 文件系统 Android采用Yaffs2作为MTD nand flash文件系统，源代码位于fs/yaffs2/目录下。Yaffs2是一个快速稳定的应用于NAND和NOR Flash的跨平台的嵌入式设备文件系统，同其他 Flash 文件系统相比，Yaffs2 能使用更小的内存来保存其运行状态，因此它占用内存小。Yaffs2的垃圾回收非常简单而且快速，因此能表现出更好的性能。Yaffs2在大容量的NAND Flash上的性能表现尤为突出，非常适合大容量的Flash存储。
上面这些要点足以说明Android不是Linux。本书的主要内容将围绕Android的这些特有的部分展开，我们的讲解会尽量通俗易懂，但还是建议大家先复习一下Linux内核的基本知识。在具体学习之前，我们还是先来总体浏览一下Android对Linux内核进行了哪些改动，在移植时就需要对这些改动加以调整。