Android 操作系统架构梳理

架构分层

Android 系统架构从下往上依次分为 Linux kernel(Linux 内核),Hardware abstraction layer(硬件抽象层),Native & Android Runtime 系统Native和Android运行时环境,Java API FrameworkJava框架层,System Application(应用层)、

启动顺序

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按照架构图从下往上,由Boot Loader引导依次启动 Linux kernel -> Hardware Abstraction layer -> Native & android Runtime -> Java API Framework -> System App。即:Boot Loader 引导启动

1.启动Linux内核

启动 Power Manager & 启动Driver (Audio,Binder(IPC),Display,Keypad,bluetooth,WIFI,USB,Camera,SharedMemory)

2.启动Hardware Abstrication Layer (硬件抽象接口层)

3.启动Native & Android Runtime(C++ Framework & Android 运行时环境)

4.启动Java API Framework

5.启动System App

关于Boot Loader

  • Boot Rom:当手机处于开机状态时,Boot Rom 引导芯片从固化在Rom中的预设代码开始执行,然后加载引导程序到RAM中
  • Boot Loader:是启动Android系统之前的引导程序,主要是检测Ram和初始化硬件参数等功能。

2.1 Linux kernel(Linux内核层)

Android平台的基础是Linux内核,比如ART虚拟机最终调用Linux内核来执行功能。Linux的安全机制为Android提供相应保障,也允许厂商为内核开发硬件驱动。

  • (swapper进程)启动kernel的swapper进程(pid=0):该进程又称为idle进程,是初始化kernel从无到有的第一个进程,该进程会初始化进程管理,内存管理,加载Display,Camera driver,Binder driver等相关工作。是唯一一个没有通过fork或者kernel_thread创建的线程。
  • init进程(pid=1):由0进程通过kernel_thread创建。在系统启动完成之后inti进程将转变为守护进程守护和监视其他进程。
  • kthreadd进程(pid=2):是通过0进程的kernel_thread创建,Linux系统的内核进程,会创建内核的工作线程kwordedl,软中断线程ksoftirqd,thermal等内核守护进程。kthreadd进程是所有内核进程的鼻祖。

2.2 Hardwear Abstraction Layer 硬件抽象层

硬件抽象层(HAL)提供标准的接口,HAL包含多个模块,每个模块都为特定的硬件组件实现一组接口,比如WIFI、蓝牙模块,当框架API(Java API Framework)请求访问硬件时,Android系将为该硬件加载相应的库模块。

2.3 Android Runtime 和 Native

Native系统库主要包括inti(pid=1)孵化出来的用户空间、守护进程和HAL硬件抽象层以及开机动画 , init 是Linux的用户进程。

  • init进程会孵化出 ueventd 、logd、heathd、adbd、installd、lmkd等用户守护进程。
  • init进程是还会启动Service Manager
  • init进程孵化出Zygote进程,zygote是Android系统的第一个Java进程(虚拟机进程),Zygote进程是所有Java进程的父进程。Zygote本身是由init进程孵化而来的。

2.4 Framework层

  • zygote进程是由init进程加载init.rc文件后fork生成的。Zygote进程主要包括:
    加载Zygotelint类注册Zygote Socke服务端套接字
    加载虚拟机
    提前加载类preloadClasses
    提前加载资源preloadResouces

  • System Server,是由zygote进程fork生成.System Server 是zygote生成的第一个进程。System Server 负责启动管理整个Java Framework,包含ActivityManager,WindowManager,PackageManager,PowerManager等服务。

  • Media Server进程是由init进程fork而来,负责启动和管理整个 C++ framework 包含Audio Flinger,Camera Service

2.5 App层

Zygote进程孵化的第一个App进程是Launcher。
所有App进程都是Zygote进程孵化的。

2.6 Syscall&& JNI

  • native与kernel层之间有一层Syscall(系统调用层)
  • Java层与Native(C、C++)层之间的纽带JNI
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