梅嘉欣　翟高粵

摘 要：Android是一個基于Linux的開放、免費的操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于移動終端，如智能手機、平板電腦等。它是由30多家科技公司和移動電話公司組成的開放手機聯(lián)盟開發(fā)。安卓盡量讓用戶體驗到最好的服務(wù)質(zhì)量，并讓開發(fā)人員獲得更開放的水平，以便更方便地進行軟件開發(fā)。因此，可以通過Android開發(fā)功能更便捷的移動應(yīng)用程序。本文主要介紹Android平臺的體系結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：Linux;Android;移動開發(fā)

“Android”一詞本意是指機器人，但我們現(xiàn)在知道它是谷歌推出的開源手機操作系統(tǒng)。Android基于Linux平臺，由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，被稱為第一個真正面向移動終端的開放移動軟件。作為谷歌移動互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的重要組成部分，Android將進一步推動實現(xiàn)谷歌企業(yè)“隨時隨地為每個人提供信息”的目標(biāo)。

Android是由30多家科技公司包括谷歌、HTC、T-Mobile、高通、摩托羅拉、三星、中國移動和LG在內(nèi)的手機公司組成的開放手機聯(lián)盟。開放手機聯(lián)盟表示，Android平臺可以推動移動設(shè)備的創(chuàng)新，讓用戶體驗到最好的服務(wù)質(zhì)量。同時，開發(fā)人員將獲得一個新的開放級別，以獲得更方便的協(xié)同效應(yīng)，確保新移動設(shè)備的開發(fā)速度。因此，Android是第一個完整、開放、免費的手機開發(fā)平臺。

Android系統(tǒng)有以下5個特點：

●開放：Android是由開放手機聯(lián)盟的30多家公司開發(fā)的，因此谷歌、運營商、設(shè)備制造商和開發(fā)者之間的合作試圖建立一個標(biāo)準(zhǔn)化、開放的手機軟件平臺，形成移動領(lǐng)域開放的生態(tài)系統(tǒng)。

●Android平臺上的應(yīng)用程序之間沒有邊界，因此它們通過標(biāo)準(zhǔn)API訪問移動設(shè)備的核心功能。應(yīng)用程序還可以聲明它們的函數(shù)，使它們可供其他應(yīng)用程序使用。

●移動設(shè)備上的應(yīng)用程序是平等的，因此它們可以被替換或擴展，甚至可以修改撥號程序或主界面等核心組件。

●應(yīng)用程序可以很容易地嵌入到HTML、JavaScript和樣式表中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容可以通過WebView控件顯示。

●Android是一個完整的多任務(wù)環(huán)境，因此應(yīng)用程序可以并行運行。運行時在后臺，它們可以生成通知來喚醒睡眠中的程序。

一、Android平臺的體系結(jié)構(gòu)

Android架構(gòu)可以分為四層，從高到低分別是應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、硬件抽象層和linux內(nèi)核層，如圖1所示。

（一）應(yīng)用程序?qū)?/p>

應(yīng)用程序?qū)邮怯肑ava語言編寫并在虛擬機上運行的程序。事實上，谷歌在Android系統(tǒng)中捆綁了一些核心應(yīng)用程序，如電子郵件客戶端、短信、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人管理和其他程序。

（二）應(yīng)用框架層

應(yīng)用框架層是指Google發(fā)布的核心應(yīng)用的API。開發(fā)人員還可以應(yīng)用這些框架來開發(fā)他們自己的應(yīng)用程序，這可以簡化程序體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，但必須遵守發(fā)展原則。

Android提供以下組件：

●豐富和可擴展的視圖：可用于構(gòu)建應(yīng)用程序，包括列表、網(wǎng)格、文本框、按鈕和嵌入式Web瀏覽器。

●內(nèi)容提供者：它允許應(yīng)用程序訪問另一個應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)或共享其數(shù)據(jù)。

●資源管理器：它提供對非代碼資源的訪問，如本地字符串、圖形和布局文件。

●通知管理器：應(yīng)用程序可以在狀態(tài)欄顯示自定義通知。

●活動管理器：管理應(yīng)用程序的生命周期，也提供常用的導(dǎo)航返回功能。

●窗口管理器：管理所有窗口程序。

●包管理器： Android系統(tǒng)的程序管理。

（三）硬件抽象層

當(dāng)應(yīng)用Android應(yīng)用框架時，Android將通過一些C/ C++庫來支持這些組件，以使它們更好地為我們服務(wù)。所有Java程序都在Dalvik虛擬機上運行，這些庫包含：

●仿生系統(tǒng)C庫是C語言的標(biāo)準(zhǔn)庫，也是系統(tǒng)的底層庫。由Linux系統(tǒng)調(diào)用。

●媒體框架：基于PacketVideo，OpenCORE來支持播放和錄制多種格式的音頻和視頻，如MPEG4，MP3，AAC，AMR，JPG，PNG。

●SGL：2D圖形引擎庫。

●SSL：位于TCP/IP協(xié)議和其他應(yīng)用協(xié)議之間，支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。

●OpenGL ES1.0：支持3D效果。

●SQLite：關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

●Webkit：Web瀏覽器引擎。

●FreeType：位圖和矢量。

與PC類似，每個Android應(yīng)用程序都有自己的進程，Dalvik虛擬機只以“.dex”的形式執(zhí)行可執(zhí)行文件。因此，在編譯完Java程序后，還需要通過SDK中的dx工具將它們轉(zhuǎn)移到“.dex”中才能在虛擬機上運行。

2007年底Google正式發(fā)布Android ADK，Dalvik虛擬機首次進入人們的視野。它對內(nèi)存的高效利用和低速CPU的高性能確實讓人刮目相看。Android系統(tǒng)可以簡單地完成進程隔離和線程管理。每個Android應(yīng)用程序?qū)?yīng)于底部的一個獨立的Dalvik虛擬機實例，其代碼在虛擬機解釋中執(zhí)行。綜上所述，Dalvik虛擬機具有以下特點：

●專有文件格式.dex：它放棄.class文件并應(yīng)用新的.dex格式提高了文件解析和搜索速度，并且還支持新的操作代碼。

●對索引文件的優(yōu)化：對索引文件結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，進一步提高了索引文件的性能運行性能，包括調(diào)整所有字段的字節(jié)序列，驗證中的所有類.dex文件，并優(yōu)化一些特定類和方法的操作代碼。

●寄存器：與基于棧的虛擬機相比，基于寄存器的虛擬機在硬件和通用性方面較弱，但其代碼執(zhí)行效率較高。

●一個應(yīng)用程序、一個虛擬機實例、一個進程：每個Android應(yīng)用程序運行在一個Dalvik虛擬機實例中，每個虛擬機實例是一個獨立的進程空間。線程機制、內(nèi)存分配和管理、互斥鎖的實現(xiàn)都依賴于底層操作系統(tǒng)。每個Android應(yīng)用程序線程對應(yīng)一個Linux線程，因此虛擬機可以更多地依賴于虛擬機的線程調(diào)度和管理機制。不同的應(yīng)用程序運行在不同的線程空間，不同資源的應(yīng)用程序由不同的Linux用戶運行，最大限度地保護了應(yīng)用程序的安全性和獨立運行。

（四）Linux內(nèi)核層

Android的核心系統(tǒng)服務(wù)是基于Linux2.5內(nèi)核的，如安全性、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、驅(qū)動模型等。Linux內(nèi)核也是硬件和軟件棧之間的抽象層。Android更需要的是與手機驅(qū)動相關(guān)的驅(qū)動如下所示。

●顯示驅(qū)動：基于Linux的幀緩沖驅(qū)動。

●鍵盤驅(qū)動程序：輸入設(shè)備，鍵盤的驅(qū)動程序。

●Flash存儲驅(qū)動：基于MTD的Flash驅(qū)動。

●攝像頭驅(qū)動：常用的基于Linux的視頻（v412）驅(qū)動。

●音頻驅(qū)動程序：高級Linux聲音架構(gòu)（ALSA）。

●藍牙驅(qū)動：基于IEEE 802.15.1的無線傳輸技術(shù)。

●WiFi驅(qū)動：基于IEEE 802.11。

●Binder IPC Driver： Android的專用驅(qū)動程序，具有單個設(shè)備節(jié)點，提供進程間的通信功能。

●電源管理：如電池電量。

二、結(jié)論

本文主要介紹了Android平臺的體系結(jié)構(gòu)，詳細介紹了Android平臺的架構(gòu)組成，并對應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、硬件抽象層和linux內(nèi)核層進行了詳細的介紹和分析，對于初步接觸Android的初學(xué)者有一定參考價值。

參考文獻：

[1]劉凡馨等. Android移動應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)教程 [M]. 人民郵電出版社，2018.

[2]胡敏等. Android移動應(yīng)用設(shè)計與開發(fā)[M].人民郵電出版社， 2021.

[2]劉剛等. Android移動開發(fā)基礎(chǔ)教程[M].人民郵電出版社， 2019.

作者簡介：梅嘉欣（2002—），女，研究方向：軟件開發(fā)。