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雨林木风

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Android操作系统架构开篇

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发表于 2021-1-12 00:32:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
  一目了然,Android是谷歌开垦的一款基于Linux的开源操作体系,从出世至今已有10余年,这一齐走来Android遭遇哪些题目?大版本升级朝着什么对象演进?Android的改日若何?我的公号《Android 技巧架构演进与改日》疏解了Android一齐走来,正在用户体验、机能、功耗、安然、隐私等方面博得的很大先进,以及改日可以的对象。
  本文行为Android体系架构的开篇,起到提纲挈领的效率,从体系具体架构角度概要疏解Android体系的重心技巧点,率领专家初探Android体系全貌以及内部运作机制。固然Android体系特殊宏大且错综庞大,须要具备扫数的技巧栈,但具体架构安排明晰。Android底层内核空间以Linux Kernel行为基石,上层用户空间由Native体系库、虚拟机运转境况、框架层构成,通过体系挪用(Syscall)连通体系的内核空间与用户空间。对付用户空间紧要采用C++和Java代码编写,通过JNI技巧打通用户空间的Java层和Native层(C++/C),从而连通全数体系。
  为了能让专家具体上大致领略Android体系涉及的学问层面,先来看一张Google官方供应的经典分层架构图,从下往上依序分为Linux内核、HAL、体系Native库和Android运转时境况、Java框架层以及使用层这5层架构,个中每一层都包罗多量的子模块或子体系。

  上图采用静态分层体例的架构划分,一目了然,次序代码是死的,体系运转是活的,各模块代码运转正在分别的过程(线程)中,彼此之间举行着各式错终庞大的消息通报与交互流,从这个角度来说此图并没能外现Android全数体系的内部架构、运转机理,以及各个模块之间是若何承接与配合事情的。
  为了更深切地把握Android全数架构想念以及各个模块正在Android体系所处的名望与价格,安顿以Android体系启动历程为主线,以过程的视角来注释Android M体系全貌,全方位的深度了解各个模块成效,争取各个击破。如许能力犹如庖丁解牛,处分、阐述题目则能逛刃足够。
  Google供应的5层架构图很经典,但为了更进一步透视Android体系架构,本文更众的是以过程的视角,以分层的架构来注释Android体系的全貌,分析Android内部的环环相扣的内正在接洽。

  Android平台的根蒂是Linux内核,好比ART虚拟机最终挪用底层Linux内核来履行成效。Linux内核的安然机制为Android供应相应的保证,也容许修立修制商为内核开垦硬件驱动次序。
  硬件概括层 (HAL) 供应轨范接口,HAL包罗众个库模块,个中每个模块都为特定类型的硬件组件告竣一组接口,好比WIFI/蓝牙模块,当框架API哀求探访修立硬件时,Android体系将为该硬件加载相应的库模块。
  每个使用都正在其本身的过程中运转,都有本身的虚拟机实例。ART通过履行DEX文献可正在修立运转众个虚拟机,DEX文献是一种专为Android安排的字节码花样文献,通过优化,运用内存很少。ART紧要成效席卷:预先(AOT)和即时(JIT)编译,优化的垃圾接收(GC),以及调试闭联的接济。
  这里的Native体系库紧要席卷init孵化来的用户空间的保护过程、HAL层以及开机动画等。启动init过程(pid=1),是Linux体系的用户过程,init过程是一切效户过程的始祖。
  无论是Android体系,仍旧各式Linux衍生体系,各个组件、模块往往运转正在各式分别的过程和线程内,这里就必定涉及过程/线程之间的通讯。对付IPC(Inter-Process Communication, 过程间通讯),Linux现有管道、新闻部队、共享内存、套接字、信号量、信号这些IPC机制,Android特殊再有Binder IPC机制,Android OS中的Zygote过程的IPC采用的是Socket机制,正在上层system server、media server以及上层App之间更众的是采用Binder IPC体例来已毕跨过程间的通讯。对付Android上层架构中,许众光阴是正在统一个过程的线程之间须要彼此通讯,比方统一个过程的主线程与事情线程之间的通讯,往往采用的Handler新闻机制。
  Binder行为Android体系供应的一种IPC机制,无论从体系开垦仍旧使用开垦,都是Android体系中最苛重的构成,也是最难阐明的一块学问点,念领略为什么Android要采用Binder行为IPC机制?可查看我正在知乎上的解答。深切领略Binder机制,最好的伎俩便是阅读源码,借用Linux始祖Linus Torvalds曾说过的一句话:Read The Fucking Source Code。下面扼要说说Binder IPC道理。

  念进一步领略Binder,可查看Binder系列—开篇,Binder系列花费了13篇著作的篇幅,从源码角度开拔来讲述Driver、Native、Framework、App四个层面的全数完全流程。依据有些读者反应这个系列仍旧欠好阐明,这个binder涉及的目标跨度对照大,学问量对照广,倡议专家先清爽binder是用于过程间通讯,有个大致观点就能够先去进修体系根基学问,等后面有必定功力再进一步深切探索Binder机制。
  有人可以会迷惑,为何Binder/Socket用于过程间通讯,能否用于线程间通讯呢?谜底是断定,对付两个具有独立刻址空间的过程通讯都能够,当然也能用于共享内存空间的两个线程间通讯,这就比如杀鸡用牛刀。接着可以再有人会迷惑,那handler新闻机制能否用于过程间通讯?谜底是不行,Handler只可用于共享内存地点空间的两个线程间通讯,即同过程的两个线程间通讯。许众光阴,Handler是事情线程向UI主线程发送新闻,即App使用中唯有主线程能更新UI,其他事情线程往往是已毕相应事情后,通过Handler见告主线程须要做出相应地UI更新操作,Handler分发相应的新闻给UI主线程去已毕,如下图:
  因为事情线程与主线程共享地点空间,即Handler实例对象mHandler位于线程间共享的内存堆上,事情线程与主线程都能直接运用该对象,只须要留意众线程的同步题目。事情线程通过mHandler向其成员变量MessageQueue中增添新Message,主线程无间处于loop()伎俩内,当收到新的Message时遵循必定条例分发给相应的handleMessage()伎俩来管制。是以说,Handler新闻机制用于同过程的线程间通讯,其重心是线程间共享内存空间,而分别过程具有分别的地点空间,也就不行用handler来告竣过程间通讯。

  要阐明framework层源码,把握这3种根基的过程/线程间通讯体例优劣常有须要,当然Linux再有不少其他的IPC机制,好比共享内存、信号、信号量,正在源码中也有外现,若是念扫数彻底地把握Android体系,仍旧须要对每一种IPC机制都有所领略。
  博主对付Android从体系底层一齐到上层都有本身的阐明和重淀,通过前面临体系启动的先容,信任专家对Android体系有了一个具体观。接下来需抓重心、理思绪,争取各个击破。后续将络续更新和完竣全数提纲,不限于过程、内存、IO、体系办事架构以及阐述实战等著作。
  当然本站有少少著作没来得及进一步加工,有时刻依据专家的反应,连续改良和完竣一切著作,争取给著作,再进一步精简非重心代码,扩展可视化图外以及文字的结论性阐述。基于
  : 适合于正从事或者有兴致探索Android体系的工程师或者技巧喜欢者,也适合Android App高级工程师;对付尚未初学或者刚初学的App工程师阅读可以会有点障碍,倡议先阅读更根蒂的材料,再来阅读本站博客。看到Android全数体系架构是云云宏大的, 该问若何进修Android体系, 以下是我本身的Android的进修和探索论,仅供参考若何自学Android。


  Android体系之广博博识,席卷Linux内核、Native、虚拟机、Framework,通过体系挪用连通内核与用户空间,通过JNI打通用户空间的Java层和Native层,通过Binder、Socket、Handler等打通跨过程、跨线程的消息互换。唯有真正阅读并阐明体系重心架构的安排,处分题目和安排计划能力做到心中无剑胜有剑,能力做到知其然知其是以然。当修炼到此,祝贺你对体系有了更高一个目标的阐明,正如太极剑法,忘却了一切招式,也就练成了太极剑法。
  再回过头去看看那些API,看到的将不再是一行行代码、一个个接口的挪用,而是各式消息的通报与交互事情,而是背后成千上万个小蝌蚪的动态履行流。记得《侠客行》内部的龙木二岛主终其终生也无法参透太玄经,石破天却短短数日练成绝世神功,究其来源是龙木二岛主以静态视角去解读太玄经,而石破天把墙壁的图案联念成众数逛动的蝌蚪,最终功效绝世神功。一言以蔽之,次序代码是死的,体系运转是活的,要以动态视角去阐明体系架构。
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