Android系統(tǒng)源代碼情景分析

前言

雖然Android系統(tǒng)自2008年9月發(fā)布第一個版本1.0以來，截至2011年10月發(fā)布最新版本4.0，一共存在十多個版本，但是據(jù)官方統(tǒng)計，截至2012年3月5日，占據(jù)首位的是Android 2.3，市場占有率達到66.5%；其次是Android 2.2，市場占有率為25.3%；第三位是Android 2.1，市場占有率為6.6%；而最新發(fā)布的Android 3.2和Android 4.0的市場占有率只有3.3%和2%。因此，在本書中，我們選擇了Android 2.3的源代碼來分析Android系統(tǒng)的實現(xiàn)，一是因為從目前來說，它的基礎架構(gòu)是最穩(wěn)定的；二是因為它是使用最廣泛的。本書內(nèi)容全書分為初識Android系統(tǒng)篇、Android專用驅(qū)動系統(tǒng)篇和Android應用程序框架篇三個部分。初識Android系統(tǒng)篇包含三個章節(jié)的內(nèi)容，主要介紹Android系統(tǒng)的基礎知識。第1章介紹與Android系統(tǒng)有關的參考書籍，以及Android源代碼工程環(huán)境的搭建方法；第2章介紹Android系統(tǒng)的硬件抽象層；第3章介紹Android系統(tǒng)的智能指針。讀者可能會覺得奇怪，為什么一開始就介紹Android系統(tǒng)的硬件抽象層呢？因為涉及硬件，它似乎是一個深奧的知識點。其實不然，Android系統(tǒng)的硬件抽象層無論是從實現(xiàn)上，還是從使用上，它的層次都是非常清晰的，而且從下到上涵蓋了整個Android系統(tǒng)，包括Android系統(tǒng)在用戶空間和內(nèi)核空間的實現(xiàn)。內(nèi)核空間主要涉及硬件驅(qū)動程序的編寫方法，而用戶空間涉及運行時庫層、應用程序框架層及應用程序?qū)印Ｒ虼耍M早學習Android系統(tǒng)的硬件抽象層，有助于我們從整體上去認識Android系統(tǒng)，以便后面可以更好地分析它的源代碼。在分析Android系統(tǒng)源代碼的過程中，經(jīng)常會碰到智能指針，第3章我們就重點分析Android系統(tǒng)智能指針的實現(xiàn)原理，也是為了后面可以更好地分析Android系統(tǒng)源代碼。Android專用驅(qū)動系統(tǒng)篇包含三個章節(jié)的內(nèi)容。我們知道，Android系統(tǒng)是基于Linux內(nèi)核來開發(fā)的，但是由于移動設備的CPU和內(nèi)存配置都要比PC低，因此，Android系統(tǒng)并不是完全在Linux內(nèi)核上開發(fā)的，而是在Linux內(nèi)核里面添加了一些專用的驅(qū)動模塊來使它更適合于移動設備。這些專用的驅(qū)動模塊同時也形成了Android系統(tǒng)的堅實基礎，尤其是Logger日志驅(qū)動程序、Binder進程間通信驅(qū)動程序，以及Ashmem匿名共享內(nèi)存驅(qū)動程序，它們在Android系統(tǒng)中被廣泛地使用。在此篇中，我們分別在第4章、第5章和第6章分析Logger日志系統(tǒng)、Binder進程間通信系統(tǒng)和Ashmem共享內(nèi)存系統(tǒng)的實現(xiàn)原理，為后面深入分析Android應用程序的框架打下良好的基礎。Android應用程序框架篇包含十個章節(jié)的內(nèi)容。我們知道，在移動平臺中，Android系統(tǒng)、iOS系統(tǒng)和Windows Phone系統(tǒng)正在形成三足鼎立之勢，誰的應用程序更豐富、質(zhì)量更高、用戶體驗更好，誰就能取得最終的勝利。因此，每個平臺都在盡最大努力吸引第三方開發(fā)者來為其開發(fā)應用程序。這就要求平臺必須提供良好的應用程序架構(gòu)，以便第三方開發(fā)者可以將更多的精力集中在應用程序的業(yè)務邏輯上，從而開發(fā)出數(shù)量更多、質(zhì)量更高和用戶體驗更好的應用程序。在此篇中，我們將從組件、進程、消息和安裝四個維度來分析Android應用程序的實現(xiàn)框架。第7章到第10章分析Android應用程序四大組件Activity、Service、Broadcast Receiver和Content Provider的實現(xiàn)原理；第11章和第12章分析Android應用程序進程的啟動過程；第13章到第15章分析Android應用程序的消息處理機制；第16章分析Android應用程序的安裝和顯示過程。學習了這些知識之后，我們就可以掌握Android系統(tǒng)的精髓了。本書特點本書從初學者的角度出發(fā)，結(jié)合具體的使用情景，在縱向和橫向上對Android系統(tǒng)的源代碼進行了全面、深入、細致的分析。在縱向上，采用從下到上的方式，分析的源代碼涉及了Android系統(tǒng)的內(nèi)核層（Linux Kernel）、硬件抽象層（HAL）、運行時庫層（Runtime）、應用程序框架層（Application Framework）以及應用程序?qū)樱ˋpplication），這有利于讀者從整體上掌握Android系統(tǒng)的架構(gòu)。在橫向上，從Android應用程序的組件、進程、消息以及安裝四個角度出發(fā)，全面地剖析了Android系統(tǒng)的應用程序框架層，這有利于讀者深入地理解Android應用程序的架構(gòu)以及運行原理。作　者

內(nèi)容概要

　　在內(nèi)容上，本書結(jié)合使用情景，全面、深入、細致地分析Android系統(tǒng)的源代碼，涉及到Linux內(nèi)核層、硬件抽象層（HAL）、運行時庫層(Runtime)、應用程序框架層(Application
Framework)以及應用程序?qū)?Application)。在組織上，本書將上述內(nèi)容劃分為初識Android系統(tǒng)、Android專用驅(qū)動系統(tǒng)和Android應用程序框架三大篇章。初識Android系統(tǒng)篇介紹了參考書籍、基礎知識以及實驗環(huán)境搭建；Android專用驅(qū)動系統(tǒng)篇介紹了Logger日志驅(qū)動程序、Binder進程間通信驅(qū)動程序以及Ashmem匿名共享內(nèi)存驅(qū)動程序；Android應用程序框架篇從組件、進程、消息以及安裝四個維度來對Android應用程序的框架進行了深入的剖析。通過上述內(nèi)容及其組織，本書能使讀者既能從整體上把握Android系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，又能從細節(jié)上去掌握每一個層次的要點。

作者簡介

羅升陽，1984年出生，2007年畢業(yè)于浙江大學計算機系，取得學士學位，2010年畢業(yè)于上海交通大學計算機系，取得碩士學位。畢業(yè)后一直從事于互聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)，并且致力于移動平臺的研究，特別是對Android平臺有深入的理解和研究。在國內(nèi)知名IT技術(shù)社區(qū)CSDN上發(fā)表了數(shù)十篇高質(zhì)量的Android系統(tǒng)原創(chuàng)性文章，并且開設博客專欄--《老羅的Android之旅》，積極與網(wǎng)友互動，深受大家喜愛，訪問量一直居于前茅。

書籍目錄

第1篇 初識Android系統(tǒng)
第1章　準備知識
1.1　Linux內(nèi)核參考書籍
1.2　Android應用程序參考書籍
1.3　下載、編譯和運行Android源代碼
1.3.1　下載Android源代碼
1.3.2　編譯Android源代碼
1.3.3　運行Android模擬器
1.4　下載、編譯和運行Android內(nèi)核源代碼
1.4.1　下載Android內(nèi)核源代碼
1.4.2　編譯Android內(nèi)核源代碼
1.4.3　運行Android模擬器
1.5　開發(fā)第一個Android應用程序
1.6　單獨編譯和打包Android應用程序模塊
1.6.1　導入單獨編譯模塊的mmm命令
1.6.2　單獨編譯Android應用程序模塊
1.6.3　重新打包Android系統(tǒng)鏡像文件
第２章　硬件抽象層
2.1　開發(fā)Android硬件驅(qū)動程序
2.1.1　實現(xiàn)內(nèi)核驅(qū)動程序模塊
2.1.2　修改內(nèi)核Kconfig文件
2.1.3　修改內(nèi)核Makefile文件
2.1.4　編譯內(nèi)核驅(qū)動程序模塊
2.1.5　驗證內(nèi)核驅(qū)動程序模塊
2.2　開發(fā)C可執(zhí)行程序驗證Android硬件驅(qū)動程序
2.3　開發(fā)Android硬件抽象層模塊
2.3.1　硬件抽象層模塊編寫規(guī)范
2.3.2　編寫硬件抽象層模塊接口
2.3.3　硬件抽象層模塊的加載過程
2.3.4　處理硬件設備訪問權(quán)限問題
2.4　開發(fā)Android硬件訪問服務
2.4.1　定義硬件訪問服務接口
2.4.2　實現(xiàn)硬件訪問服務
2.4.3　實現(xiàn)硬件訪問服務的JNI方法
2.4.4　啟動硬件訪問服務
2.5　開發(fā)Android應用程序來使用硬件訪問服務
第３章　智能指針
3.1　輕量級指針
3.1.1　實現(xiàn)原理分析
3.1.2　應用實例分析
3.2　強指針和弱指針
3.2.1　強指針的實現(xiàn)原理分析
3.2.2 弱指針的實現(xiàn)原理分析
3.2.3 應用實例分析
第2篇 Android專用驅(qū)動系統(tǒng)
第４章　Logger日志系統(tǒng)
4.1　Logger日志格式
4.2　Logger日志驅(qū)動程序
4.2.1　基礎數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.2.2　日志設備的初始化過程
4.2.3　日志設備文件的打開過程
4.2.4　日志記錄的讀取過程
4.2.5　日志記錄的寫入過程
4.3　運行時庫層日志庫
4.4　C/C++日志寫入接口
4.5　Java日志寫入接口
4.6　Logcat工具分析
4.6.1　相關數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.6.2　初始化過程
4.6.3　日志記錄的讀取過程
4.6.4　日志記錄的輸出過程
第５章　Binder進程間通信系統(tǒng)
5.1　Binder驅(qū)動程序
5.1.1　基礎數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
5.1.2　Binder設備的初始化過程
5.1.3　Binder設備文件的打開過程
5.1.4　Binder設備文件的內(nèi)存映射過程
5.1.5　內(nèi)核緩沖區(qū)管理
5.2　Binder進程間通信庫
5.3　Binder進程間通信應用實例
5.4　Binder對象引用計數(shù)技術(shù)
5.4.1　Binder本地對象的生命周期
5.4.2　Binder實體對象的生命周期
5.4.3　Binder引用對象的生命周期
5.4.4　Binder代理對象的生命周期
5.5　Binder對象死亡通知機制
5.5.1　注冊死亡接收通知
5.5.2　發(fā)送死亡接收通知
5.5.3　注銷死亡接收通知
5.6　Service Manager的啟動過程
5.6.1　打開和映射Binder設備文件
5.6.2　注冊為Binder上下文管理者
5.6.3　循環(huán)等待Client進程請求
5.7　Service Manager代理對象的獲取過程
5.8　Service組件的啟動過程
5.8.1　注冊Service組件
5.8.2　啟動Binder線程池
5.9　Service代理對象的獲取過程
5.10　Binder進程間通信機制的Java接口
5.10.1　Service Manager的Java代理對象的獲取過程
5.10.2　Java服務接口的定義和解析
5.10.3　Java服務的啟動過程
5.10.4　Java服務代理對象的獲取過程
5.10.5　Java服務的調(diào)用過程
第６章　Ashmem匿名共享內(nèi)存系統(tǒng)
6.1　Ashmem驅(qū)動程序
6.1.1　基礎數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6.1.2　匿名共享內(nèi)存設備的初始化過程
6.1.3　匿名共享內(nèi)存設備文件的打開過程
6.1.4　匿名共享內(nèi)存設備文件的內(nèi)存映射過程
6.1.5　匿名共享內(nèi)存塊的鎖定和解鎖過程
6.1.6　匿名共享內(nèi)存塊的回收過程
6.2　運行時庫cutils的匿名共享內(nèi)存訪問接口
6.3　匿名共享內(nèi)存的C++訪問接口
6.3.1　MemoryHeapBase
6.3.2　MemoryBase
6.3.3　應用實例
6.4　匿名共享內(nèi)存的Java訪問接口
6.4.1　MemoryFile
6.4.2　應用實例
6.5　匿名共享內(nèi)存的共享原理
第3篇 Android應用程序框架
第７章　Activity組件的啟動過程
7.1　Activity組件應用實例
7.2　根Activity組件的啟動過程
7.3　子Activity組件在進程內(nèi)的啟動過程
7.4　子Activity組件在新進程中的啟動過程
第８章　Service組件的啟動過程
8.1　Service組件應用實例
8.2 Service組件在新進程中的啟動過程
8.3　Service組件在進程內(nèi)的綁定過程
第９章　Android系統(tǒng)廣播機制
9.1　廣播機制應用實例
9.2　廣播接收者的注冊過程
9.3　廣播的發(fā)送過程
第10章　Content Provider組件的實現(xiàn)原理
10.1　Content Provider組件應用實例
10.1.1　ArticlesProvider
10.1.2　Article
10.2　Content Provider組件的啟動過程
10.3　Content Provider組件的數(shù)據(jù)共享原理
10.3.1　數(shù)據(jù)共享模型
10.3.2　數(shù)據(jù)傳輸過程
10.4　Content Provider組件的數(shù)據(jù)更新通知機制
10.4.1　注冊內(nèi)容觀察者
10.4.2　發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知
第11章　Zygote和System進程的啟動過程
11.1　Zygote進程的啟動腳本
11.2　Zygote進程的啟動過程
11.3　System進程的啟動過程
第12章　Android應用程序進程的啟動過程
12.1　應用程序進程的創(chuàng)建過程
12.2　Binder線程池的啟動過程
12.3　消息循環(huán)的創(chuàng)建過程
第13章　Android應用程序的消息處理機制
13.1　創(chuàng)建線程消息隊列
13.2　線程消息循環(huán)過程
13.3　線程消息發(fā)送過程
13.4　線程消息處理過程
第14章　Android應用程序的鍵盤消息處理機制
14.1　鍵盤消息處理模型
14.2　InputManager的啟動過程
14.2.1　創(chuàng)建InputManager
14.2.2　啟動InputManager
14.2.3　啟動InputDispatcher
14.2.4　啟動InputReader
14.3　InputChannel的注冊過程
14.3.1　創(chuàng)建InputChannel
14.3.2　注冊Server端InputChannel
14.3.3　注冊系統(tǒng)當前激活的應用程序窗口
14.3.4　注冊Client端InputChannel
14.4　鍵盤消息的分發(fā)過程
14.4.1　InputReader獲得鍵盤事件
14.4.2　InputDispatcher分發(fā)鍵盤事件
14.4.3　系統(tǒng)當前激活的應用程序窗口獲得鍵盤消息
14.4.4　InputDispatcher獲得鍵盤事件處理完成通知
14.5　InputChannel的注銷過程
14.5.1　銷毀應用程序窗口
14.5.2　注銷Client端InputChannel
14.5.3　注銷Server端InputChannel
第15章　Android應用程序線程的消息循環(huán)模型
15.1　應用程序主線程消息循環(huán)模型
15.2　與界面無關的應用程序子線程消息循環(huán)模型
15.3　與界面相關的應用程序子線程消息循環(huán)模型
第16章　Android應用程序的安裝和顯示過程
16.1　應用程序的安裝過程
16.2　應用程序的顯示過程

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   成員變量proc指向一個Binder實體對象的宿主進程。在Binder驅(qū)動程序中，這些宿主進程通過一個binder_proc結(jié)構(gòu)體來描述。宿主進程使用一個紅黑樹來維護它內(nèi)部所有的Binder實體對象，而每一個Binder實體對象的成員變量rb_node就正好是這個紅黑樹中的一個節(jié)點。如果一個Binder實體對象的宿主進程已經(jīng)死亡了，那么這個Binder實體對象就會通過它的成員變量dead_node保存在一個全局的hash列表中。 由于一個Binder實體對象可能會同時被多個Client組件引用，因此，Binder驅(qū)動程序就使用結(jié)構(gòu)體binder_ref來描述這些引用關系，并且將引用了同一個Binder實體對象的所有引用都保存在一個hash列表中。這個hash列表通過Binder實體對象的成員變量refs來描述，而Binder驅(qū)動程序通過這個成員變量就可以知道有哪些Client組件引用了同一個Binder實體對象。 成員變量internal_strong_refs和local_Strong_refs均是用來描述一個Binder實體對象的強引用計數(shù)，而成員變量local_weak_refs用來描述一個Binder實體對象的弱引用計數(shù)。當一個Binder實體對象請求一個Service組件來執(zhí)行某一個操作時，會增加該Service組件的強引用計數(shù)或者弱引用計數(shù)，相應地，Binder實體對象會將其成員變量has_strong_ref和has_weak_ref的值設置為1。當一個Service組件完成一個Binder實體對象所請求的操作之后，Binder實體對象就會請求減少該Service組件的強用計數(shù)或者弱引用計數(shù)。Binder實體對象在請求一個Service組件增加或者減少強引用計數(shù)或者弱引用計數(shù)的過程中，會將其成員變量pending_strong_ref或者pending_weak_ref的值設置為1；而當該Service組件增加或者減少了強引用計數(shù)或者弱引用計數(shù)之后，Binder實體對象就會將這兩個成員變量的值設置為0。

媒體關注與評論

強大的羅大師，感謝你的Android之旅，我已看完你的6篇教程，雖然我目前還不太懂，但是我相信你就是我打開它的那把鑰匙，再次感謝你的教程?！狜mutex_js老羅，寫的太精彩啦！不僅僅是在Android 按鍵機制方面令人受益匪淺，給我在學習其他模塊上也提供了一套很好的分析思路。非常感謝！——@yuleslie看你的文章，收獲很多，分析得很透徹，思路清晰，前后呼應，成系統(tǒng)，對我?guī)椭艽?，非常感謝你的無私奉獻！——@kenen2006你的博客給了我一種非常刺激的體驗，讓我更深層次地認識Android。非常感謝你的講解，太棒了！——@stevenhu_223我真的想放棄這個行業(yè)，可我看到你的博客，讓我看到了希望，讓我充滿了信心和堅定！——@zhudeqing看過幾本Andriod方面的書，但還真比不上這里的博客。羅老師的Linux內(nèi)核知識及對軟件架構(gòu)的知識積累用功很深，代碼閱讀能力也很強！膜拜！——@herodie我是看你的博客開始學Android的，寫的真的太好了。每一個系列都自成一體，無需其他參考。從頂?shù)较露寄艽揭黄穑@樣看起來最痛快了！——@hellowolrd本人語言功底也不是很好，所以系統(tǒng)學習Android也經(jīng)歷了不少困難。3個多月了，反反復復閱讀你的博文；每一次都有進步，每一次的進步也都有不同的方向。謝謝！技術(shù)的道路上真沒有捷徑，更不可以偷懶。我將不懈努力！謝謝博主，期待您能出書！——@tankai19880619剛看到老羅的這篇新作，還挺熱乎的。忍不住分N口氣讀完，膜拜！讀完后，有些有意思的想法，從文章本身來看，很精彩。這篇文章老羅至少說明了一下問題：1. 兩種最典型的使用場景及他們的區(qū)別 （UI相關與否）；2. 引出來兩種線程消息處理模型；3. 用實例解釋兩種模型是如何使用的；4. 最后介紹兩種模型的是怎樣實現(xiàn)的。該文章不但告訴我們 what（該文的主旨）、how (怎樣使用），還有why（怎么實現(xiàn)）。偶的神，一篇文章里寫了這么多，還能寫的這么清楚。不容易??！——@rambo2188太牛了！我是一個剛從事Android開發(fā)的新人，你的文章 真是入木三分，讀了很有啟發(fā)，你的這種分析Android方式很棒！為了造福更多的Android學習者，建議你出書！——@yang105我覺得也許學習這些知識并不算難，可是要做到時刻有一個清晰的思路去學并且能夠把學過東西用通俗易懂的話語表達出來挺難的。必盡自身知識有限，有些東西可能一下子無法深刻理解。樓主是怎么做到的呢？感覺樓主的每篇文章都講的精練透徹，主要是能把問題全講出來。我想樓主的知識面一定很廣！——@wantianpei

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