1.2 剖析Android系统架构
Android系统是一个移动设备的开发平台，其软件层次结构包括操作系统（OS）、中间件（MiddleWare）和应用程序（Application）。根据Android的软件框图，其软件层次结构自下而上分为以下4层。
（1）操作系统层（OS）。
（2）各种库（Libraries）和Android运行环境（RunTime）。
（3）应用程序框架（Application Framework）。
（4）应用程序（Application）。
上述各个层的具体结构如图1-1所示。
图1-1 Android操作系统的组件结构图
在本节的内容中，将详细介绍Android操作系统的组件结构方面的知识。
1.2.1 底层操作系统层（OS）
因为Android源于Linux，使用了Linux内核，所以，Android使用Linux 2.6作为操作系统的基础。Android对操作系统的使用包括核心和驱动程序两部分，Android内核对应于Linux内核，Android更多的是需要一些与移动设备相关的驱动程序。主要的驱动如下所示。
· 显示驱动（Display Driver）：是常用的基于Linux的帧缓冲（Frame Buffer）驱动。
· Flash内存驱动（Flash Memory Driver）：是基于MTD的Flash驱动程序。
· 照相机驱动（Camera Driver）：常用基于Linux的V4L（Video for Linux）驱动。
· 音频驱动（Audio Driver）：常用基于ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音体系）驱动。
· WiFi驱动（Camera Driver）：基于IEEE 802.11标准的驱动程序。
· 键盘驱动（KeyBoard Driver）：作为输入设备的键盘驱动。
· 蓝牙驱动（Bluetooth Driver）：基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术。
· Binder IPC驱动：Andoid一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通信的功能。
· Power Management（能源管理）：用于管理电池电量等信息。
1.2.2 各种库（Libraries）和Android运行环境（RunTime）
本层次对应一般嵌入式系统，相当于中间件层次。Android的本层次分成两个部分，一个是各种库，另一个是Android运行环境。本层的内容大多是使用C实现的，其中包含了如下所示的各种库。
· C库：C语言的标准库，也是系统中一个最为底层的库，C库是通过Linux的系统调用来实现。
· 多媒体框架（MediaFrameword）：这部分内容是Android多媒体的核心部分，基于PacketVideo（即PV）的OpenCORE，从功能上看本库一共分为两大部分，一部分是音频、视频的回放（PlayBack），另一部分是音、视频的记录（Recorder）。
· SGL:2D图像引擎。
· SSL：即Secure Socket Layer，位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持。
· OpenGL ES：提供了对3D的支持。
· 界面管理工具（Surface Management）：提供了管理显示子系统等功能。
· SQLite：一个通用的嵌入式数据库。
· WebKit：网络浏览器的核心。
· FreeType：位图和矢量字体的功能。
在一般情况下，Android的各种库是以系统中间件的形式提供的，它们的显著特点是与移动设备平台的应用密切相关。另外，Android的运行环境主要是指Dalvik（虚拟机）技术。Dalvik和一般的Java虚拟机（Java VM）是有区别的。
· Java虚拟机：执行的是Java标准的字节码（Bytecode）。
· ART+Dalvik：执行的是Dalvik可执行格式（.dex）中的执行文件。在执行的过程中，每一个应用程序即一个进程（Linux的一个Process）。二者最大的区别在于Java VM是以基于栈的虚拟机（Stack-based），而Dalvik是基于寄存器的虚拟机（Register-based）。显然，后者最大的好处在于可以根据硬件实现更大的优化，这更适合移动设备的特点。从Android 5.0版本开始，Android的默认运行环境为ART。ART的机制与Dalvik不同。在Dalvik下，应用每次运行的时候，字节码都需要通过即时编译器转换为机器码，这会拖慢应用的运行效率，而在ART环境中，应用在第一次安装的时候，字节码就会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用。这个过程叫做预编译（AOT, Ahead-Of-Time）。这样改进后，应用的启动（首次）和执行都会变得更加快速。
1.2.3 Application Framework（应用程序框架）
在整个Android系统中，和应用开发最相关的是Application Framework，在这一层，Android为应用程序层的开发者提供了各种功能强大的APIs，这实际上是一个应用程序的框架。由于上层的应用程序是以Java构建的。在本层提供了程序中所需要的各种控件，例如，视图组件（Views）、列表（List）、栅格（Grid）、文本框（Text Box）、按钮（Button），甚至还有一个嵌入式的Web浏览器。
一个基本的Andoid应用程序可以利用应用程序框架中的以下5个部分。
· Activity：活动。
· Broadcast Intent Receiver：广播意图接收者。
· Service：服务。
· Content Provider：内容提供者。
· Intent and Intent Filter：意图和意图过滤器。
1.2.4 顶层应用程序（Application）
Android的应用程序主要是用户界面（User Interface）方面的，本层通常使用Java语言编写，其中还包含各种被放置在“res”目录中的资源文件构成。Java程序和相关资源在经过编译后，会生成一个APK包。Android本身提供了主屏幕（Home）、联系人（Contact）、电话（Phone）、浏览器（Browers）等众多的核心应用。同时应用程序的开发者还可以使用应用程序框架层的API实现自己的程序。这也是Android开源的巨大潜力的体现。