- Android底层开发技术实战详解
- 王振丽编著
- 2675字
- 2020-08-28 11:00:32
1.3 Android和Linux
Linux是一类UNIX计算机操作系统的统称。Linux操作系统的内核名字也是“Linux”。Linux操作系统是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。2007年,基于Linux的Android系统横空出世,Android将是未来智能手机发展的趋势。自从2008年9月22日,美国运营商T-Mobile USA在纽约正式发布了第一款基于Android的手机后,更多的移动设备厂商看到了Android的光明前景,并纷纷加入其中,Android甚至已经涉足上网本市场了。随着Android手机的普及,Android应用的需求势必会越来越大,这是一个潜力巨大的市场,会吸引无数软件开发厂商和开发者投身其中。本节将简要讲解Android和Linux之间的关系,为读者学习本书后面的知识打下基础。
1.3.1 Linux简介
众所周知,在计算机操作系统领域,Windows、Netware和UNIX一直占据主导地位。但是最近几年发生了一些变化,以自由标榜自己的Linux越来越显示出其咄咄逼人的气势,日益成为一个令人生畏的对手。Linux正在发起一场产业革命,逐渐吞噬着传统操作系统的市场份额。请回头看一看我们平常使用的技术:嵌入式系统、移动计算、移动互联网工具、服务器、超级计算。在几乎每个技术领域,Linux都展现出作为未来主导平台的势头。随着SaaS、云计算、虚拟化、移动平台、企业2.0等新兴技术的发展,Linux事业正面临着巨大发展机遇。主要体现在如下三个方面。
1.向企业级核心应用迈进
Linux的采用已由网络领域逐步转向了关键业务应用,企业关键任务成为IBM的增长领域,比如ERP软件。同时,随着IT决策逐步从IT主管下放给IT管理人员,这些管理者对Linux显示了强烈的支持,但同时对安全、可用性与服务提出了更高的需求。尽管很多用户仍将UNIX视为关键任务的平台,但随着Linux开发者逐步缩小两者的功能性差距,越来越多的用户开始将关键业务部署在Linux之上。
2.Linux将主导移动平台
Linux进入移动终端操作系统后,很快就以其开放源代码的优势吸引了越来越多的终端厂商和运营商,关注它的包括摩托罗拉和NTT DoCoMo等知名的厂商。与其他操作系统相比,Linux是个后来者,但Linux具有其他操作系统无法比拟的优势。其一,Linux具有开放的源代码,能够大大降低成本。其二,既满足了手机制造商根据实际情况有针对性地开发自己的Linux手机操作系统的要求,又吸引了众多软件开发商对内容应用软件的开发,丰富了第三方应用。
3.新技术为Linux加速
在目前的企业级计算领域,云计算、SaaS、虚拟化是热门技术话题。在这些领域,Linux同样大有可为。云计算将全部使用Linux,Linux也是一款未来运行数据中心虚拟机的理想操作系统。
1.3.2 Android和Linux的关系
在了解Linux和Android的关系之前,需要先明确如下三点。
- Android采用Linux作为内核。
- Android对Linux内核做了修改,目的是适应在移动设备上的使用。
- Android开始是作为Linux的一个分支,后来由于无法并入Linux的主开发树,已被Linux内核组从开发树中删除。
1.Android是继承于Linux的
Android是在Linux 2.6的内核基础之上运行的,提供的核心系统服务包括安全、内存管理、进程管理、网络组和驱动模型等内容。内核部分还相当于一个介于硬件层和系统中其他软件组之间的一个抽象层次。但是严格来说它不算是Linux操作系统。
因为Android内核是由标准的Linux内核修改而来的,所以继承了Linux内核的诸多优点,保留了Linux内核的主题架构。同时Android按照移动设备的需求,在文件系统、内存管理、进程间通信机制和电源管理方面进行了修改,添加了相关的驱动程序和必要的新功能。但是和其他精简的Linux系统相比(比如uClinux),Android在很大程度上保留了Linux的基本架构,因此Android的应用性和扩展性更强。当前Android版本对应的Linux内核版本如下所示。
- Android 1.5:Linux-2.6.27
- Android 1.6:Linux-2.6.29
- Android 2.0,2.1:Linux-2.6.29
- Android 2.2:Linux-2.6.32.9
2.Android和Linux内核的区别
Android系统的系统层面的底层是Linux,中间加上了一个叫做Dalvik的Java虚拟机,表面层上面是Android运行库。每个Android应用都运行在自己的进程上,享有Dalvik虚拟机为它分配的专有实例。为了支持多个虚拟机在同一个设备上高效运行,Dalvik被改写过。
Dalvik虚拟机执行的是Dalvik格式的可执行文件(.dex)。该格式经过优化,将内存耗用降到最低。Java编译器将Java源文件转为.class文件,.class文件又被内置的dx工具转化为.dex格式文件,这种文件在Dalvik虚拟机上注册并运行。
Android系统的应用软件都是运行在Dalvik之上的Java软件,而Dalvik是运行在Linux中的,在一些底层功能——比如线程和低内存管理方面,Dalvik虚拟机是依赖Linux内核的。由此可见,Android是运行在Linux之上的操作系统,但是它本身不能算是Linux的某个版本。
Android内核和Linux内核的差别主要体现在11个方面,接下来将一一简要介绍。
(1)Android Binder
Android Binder是基于OpenBinder框架的一个驱动,用于提供Android平台的进程间通信(IPC,Inter-Process Communication)。原来的Linux系统上层应用的进程间通信主要是D-Bus(Desktop Bus),采用消息总线的方式来进行IPC。
其源代码位于:drivers/staging/android/binder.c。
(2)Android电源管理(PM)
Android电源管理是一个基于标准Linux电源管理系统的轻量级的Android电源管理驱动,针对嵌入式设备做了很多优化。利用锁和定时器来切换系统状态,控制设备在不同状态下的功耗,以达到节能的目的。
其源代码分别位于:
kernel/power/earlysuspend.c;
kernel/power/consoleearlysuspend.c;
kernel/power/fbearlysuspend.c;
kernel/power/wakelock.c;
kernel/power/userwakelock.c。
(3)低内存管理器(Low Memory Killer)
Android中的低内存管理器和Linux标准的OOM(Out Of Memory)相比,其机制更加灵活,它可以根据需要杀死进程来释放需要的内存。Low Memory Killer的代码非常简单,里面的关键是函数lowmem_shrinker(),作为一个模块在初始化时调用register_shrinke注册一个lowmem_shrinker,它会被vm在内存紧张的情况下调用。lowmem_shrinker完成具体操作。简单说就是寻找一个最合适的进程杀死,从而释放它占用的内存。
其源代码位于:drivers/staging/android/lowmemorykiller.c。
(4)匿名共享内存(Ashmem)
匿名共享内存为进程间提供大块共享内存,同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。如果一个程序尝试访问Kernel释放的一个共享内存块,它将会收到一个错误提示,然后重新分配内存并重载数据。
其源代码位于:mm/ashmem.c。
(5)Android PMEM(Physical)
PMEM用于向用户空间提供连续的物理内存区域,DSP和某些设备只能工作在连续的物理内存上。驱动中提供了mmap、open、release和ioctl等接口。
源代码位于:drivers/misc/pmem.c。
(6)Android Logger
Android Logger是一个轻量级的日志设备,用于抓取Android系统的各种日志,是Linux所没有的。
其源代码位于:drivers/staging/android/logger.c。
(7)Android Alarm
Android Alarm提供了一个定时器,用于把设备从睡眠状态唤醒,同时它还提供了一个即使在设备睡眠时也会运行的时钟基准。
其源代码位于:
drivers/rtc/alarm.c;
drivers/rtc/alarm-dev.c。
(8)USB Gadget驱动
此驱动是一个基于标准Linux USB gadget驱动框架的设备驱动,Android的USB驱动是基于gadget框架的。
其源代码位于:
drivers/usb/gadget/android.c;
drivers/usb/gadget/f_adb.c;
drivers/usb/gadget/f_mass_storage.c。
(9)Android RAM Console
为了提供调试功能,Android允许将调试日志信息写入一个被称为RAM Console的设备里,它是一个基于RAM的Buffer。
其源代码位于:drivers/staging/android/ram_console.c。
(10)Android timed device
Android timed device提供了对设备进行定时控制的功能,目前仅支持vibrator和LED设备。
其源代码位于:drivers/staging/android/timed_output.c(timed_gpio.c)。
(11)Yaffs2文件系统
在Android系统中,采用Yaffs2作为MTD nand flash文件系统。Yaffs2是一个快速稳定的应用于NAND和NOR Flash的跨平台的嵌入式设备文件系统。同其他Flash文件系统相比,Yaffs2使用更小的内存来保存运行状态,因此它占用内存小;Yaffs2的垃圾回收非常简单且快速,因此能达到更好的性能;Yaffs2在大容量的NAND Flash上性能表现尤为明显,非常适合大容量的Flash存储。
其源代码位于“fs/yaffs2/”目录下。