1.Android系统架构

Android系统从上到下一共分为5层，分别为应用层（Application），系统框架层(framework），系统运行库层（Native），硬件抽象层（HAL），内核层（kernel）

1.1 应用层（Application）

系统内置的应用程序以及第三方的应用程序都是属于应用层，和用户直接交互，提供给用户使用，大部分由Java实现

1.2 应用框架层（framework）

负责提供给应用层的开发人员相应的统一的API，也包括系统应用。这一层的是由Java代码编写的，可以称为Java Framework。下面来看这一层所提供的主要的组件。例如四大组件，AMS、WMS、PMS等，均位于该层。

1.3 系统运行库层（Native）

这一层分为两部分，一部分为C++程序库，一部分为Android运行库

Android运行库：运行时库又分为核心库和ART(5.0系统之后，Dalvik虚拟机被ART取代)。核心库提供了Java语言核心库的大多数功能，这样开发者可以使用Java语言来编写Android应用

Android 包含一些C/C++库，这些库能被Android系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。C/C++程序库能被Android系统中的不同组件所使用，并通过应用程序框架为开发者提供服务，通过JNI来调用C/C++程序库中的代码

以下是一些核心库：

◆系统 C 库 – 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库( libc )，它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。

◆媒体库 – 基于 PacketVideo OpenCORE;该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。

◆Surface Manager – 对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提供了2D和3D图层的无缝融合。

◆SQLite – 一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。

1.4 硬件抽象层（HAL）

硬件抽象层 (HAL) 提供标准界面，向更高级别的 Java API 框架显示设备硬件功能。HAL 包含多个库模块，其中每个模块都为特定类型的硬件组件实现一个界面，例如相机或蓝牙模块。当框架 API 要求访问设备硬件时，Android 系统将为该硬件组件加载库模块。

1.5 Linux内核层（kernel）

Android 平台的基础是 Linux 内核。Android核心系统服务依赖于Linux内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型，驱动：显示驱动、摄像头驱动、键盘驱动、WiFi驱动、Audio驱动、flash内存驱动、Binder（IPC）驱动、电源管理等。并且允许设备制造商为其内核开发硬件驱动程序。

1.6Android 架构的简易流程:

例如：应用层中的System UI ——> Framework层中的Service（提供给上层的接口服务）——>Native层中的JNI ——> HAL层（设备抽象文件，提供操作设备的接口）——>Linux kernel driver（通过设备驱动进行调整）

2.Android系统各层的职责

应用层：关注业务逻辑，注重用户体验。

应用框架层：承上启下，即要为应用层提供统一的API，并且要确保上层调用的功能是可以实现的（不需要上层去考虑获取权限状态等非业务逻辑的事情），又要使用JNI来调用下层的Native方法来完成功能

系统运行库层：也是承上启下，即要给framework层提供接口（JNI）来调用这一层的Native方法（C++），也要调用HAL层的代码，让整个的上层的业务逻辑代码转变为底层的实现代码

硬件抽象层：连接底层驱动，负责底层业务，到达驱动之后的代码基本上就只负责设备控制了

Linux内核层：通过操作系统内核管理，注册设备和节点调用对应驱动修改寄存器

3.Android系统源码目录

android8.0目录详解

Android 源码目录结构解析

常用目录：

/frameworks 应用框架层的核心代码

frameworks/av 如音视频解码器，录屏工具，摄像头框架相关代码, 多媒体框架供上层程序调用的java API
frameworks/base 基础核心代码
frameworks/hardware 传感器
frameworks/native c/c++本地语言编写的相关工具源码和特定硬件控制的头文件
frameworks/opt 一些UI插件和java后台服务

/frameworks/base重要目录结构如下

cmds: 开机启动的进程代码和命令（脚本），著名的zygote进程代码和启动动画代码就在此处。

java： Android应用开发锁依赖的各种包，四大组件代码就在此

jni: 服务于android系统java核心代码所需要的jni，被编译成libandroid_runtime.so

res: 系统中所需要的各种资源, 图片，字符串，尺寸，布局文件等

data：系统默认的铃声，字体，根文件系统etc目录部分配置文件，触摸需要的kl, kcm文件等。

libs：大部分都是c/c++代码，编译成so，如Canvas 的drawing 操作转换为OpenGL 的操作的libhwui.so

native : 部分硬件相关的jni库：如sensor, net, 存储管理，最后合并在libandroid.so中

packages：著名的SystemUI，彩蛋，锁屏，SettingProvider(系统设置数据提供者)

services ：android开机启动的大部分后台服务，如PMS, AMS, WMS等

/hardware 主要是硬件抽象层

/kernel Android系统内核

/libcore 核心库的相关文件

/system 底层系统库，组件等

/vendor 厂商定制部分

目录结构与Android系统架构层级的大致对应关系：

3.Android系统启动流程

步骤：Bootloader → kernal → init进程 → Zygnote → SystemServer → ServiceManager → Home Launcher

（1）当手机摁下开机键后，会引导芯片启动，并引导固化在芯片中的程序（Boot Loader） 加载到内存中运行 ROM→RAM

（2）引导程序（Boot Loader）运行后，会检查RAM，并且初始化硬件参数，并找到Linux内核代码加载到内存中

（3）Linux内核运行，进入到Kernel层，Kernel会先启动swapper进程（pid=0），用于初始化进程，内存管理，加载设备驱动等一些操作系统内核功能,然后swapper（pid=0）进程会启动kthreadd进程（pid=2）内核中的其他线程PPID都是2，说明这些线程都是由kthreadd进程创建的，因此可以说kthreadd进程负责内核线程的创建、维护等工作，是其他线程的基础，kthreadd就是专门负责内核线程管理工作的。

（4）Kernel层加载完毕后，硬件设备驱动与HAL层进行交互。初始化进程管理等操作，然后swapper（pid=0）进程会启动init进程，读取init.rc中的相关配置，这些在Native层中实现（C++实现，属于系统服务）。

需要挂载目录例如： /sys, /dev,/proc
运行 init.rc脚本，并启动属性服务，以及一系列的服务和进程。
1. init进程在<安卓源代码目录>/system/core/init
2. init.rc文件在 <安卓源代码目录>/system/core/rootdir/

（5）Init进程(pid=1，init 进程是所有用户空间进程中第一个被创建的)启动后，会启动 adbd / logd 等用户守护 Daemons 进程，并且会启动Service Manager (Binder服务管家) 等重要服务，同时启动 Zygote 进程，这里属于C++ Framework，代码为C++程序；

（6）Zygote进程是由 Init 进程解析 init.rc 文件后 fork 生成，它会加载虚拟机，开始创建新进程启动系统服务（SystemServer进程） ；System Server负责启动和管理整个Java Framework，包含 ActivityManager，WindowManager，PackageManager，PowerManager等framework层提供的服务组件；该进程启动后，可以看到开机动画

（7）Zygote同时会启动相关的APP进程，它启动的第一个APP进程为Launcher，然后启动Email，SMS等进程，所有的APP进程都有Zygote fork生成。

（8）完成开机引导。 “ACTION_BOOT_COMPLETED”开机启动广播就会发出去

Android系统架构与启动流程