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Android系统架构开篇（深度好文，值得收藏_安卓系统架构口述

作者：凡人多烦事01 | 2024-05-18 05:44:38

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安卓系统架构口述

硬件抽象层 (HAL) 提供标准接口，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组接口，比如WIFI/蓝牙模块，当框架API请求访问设备硬件时，Android系统将为该硬件加载相应的库模块。

2.3 Android Runtime & 系统库

每个应用都在其自己的进程中运行，都有自己的虚拟机实例。ART通过执行DEX文件可在设备运行多个虚拟机，DEX文件是一种专为Android设计的字节码格式文件，经过优化，使用内存很少。ART主要功能包括：预先(AOT)和即时(JIT)编译，优化的垃圾回收(GC)，以及调试相关的支持。

这里的Native系统库主要包括init孵化来的用户空间的守护进程、HAL层以及开机动画等。启动init进程(pid=1),是Linux系统的用户进程，init进程是所有用户进程的鼻祖。

init进程会孵化出ueventd、logd、healthd、installd、adbd、lmkd等用户守护进程；
init进程还启动servicemanager(binder服务管家)、bootanim(开机动画)等重要服务
init进程孵化出Zygote进程，Zygote进程是Android系统的第一个Java进程(即虚拟机进程)，Zygote是所有Java进程的父进程，Zygote进程本身是由init进程孵化而来的。

2.4 Framework层

Zygote进程，是由init进程通过解析init.rc文件后fork生成的，Zygote进程主要包含：
加载ZygoteInit类，注册Zygote Socket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进程，是由Zygote进程fork而来，System Server是Zygote孵化的第一个进程，System Server负责启动和管理整个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AudioFlinger，Camera Service等服务。

2.5 App层

Zygote进程孵化出的第一个App进程是Launcher，这是用户看到的桌面App；
Zygote进程还会创建Browser，Phone，Email等App进程，每个App至少运行在一个进程上。
所有的App进程都是由Zygote进程fork生成的。

2.6 Syscall && JNI

Native与Kernel之间有一层系统调用(SysCall)层，见Linux系统调用(Syscall)原理;
Java层与Native(C/C++)层之间的纽带JNI，见Android JNI原理分析。

三、通信方式

无论是Android系统，还是各种Linux衍生系统，各个组件、模块往往运行在各种不同的进程和线程内，这里就必然涉及进程/线程之间的通信。对于IPC(Inter-Process Communication, 进程间通信)，Linux现有管道、消息队列、共享内存、套接字、信号量、信号这些IPC机制，Android额外还有Binder IPC机制，Android OS中的Zygote进程的IPC采用的是Socket机制，在上层system server、media server以及上层App之间更多的是采用Binder IPC方式来完成跨进程间的通信。对于Android上层架构中，很多时候是在同一个进程的线程之间需要相互通信，例如同一个进程的主线程与工作线程之间的通信，往往采用的Handler消息机制。

想深入理解Android内核层架构，必须先深入理解Linux现有的IPC机制；对于Android上层架构，则最常用的通信方式是Binder、Socket、Handler，当然也有少量其他的IPC方式，比如杀进程Process.killProcess()采用的是signal方式。下面说说Binder、Socket、Handler：

3.1 Binder

Binder作为Android系统提供的一种IPC机制，无论从系统开发还是应用开发，都是Android系统中最重要的组成，也是最难理解的一块知识点，想了解为什么Android要采用Binder作为IPC机制？可查看我在知乎上的回答。深入了解Binder机制，最好的方法便是阅读源码，借用Linux鼻祖Linus Torvalds曾说过的一句话：Read The Fucking Source Code。下面简要说说Binder IPC原理。

Binder IPC原理

Binder通信采用c/s架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。

想进一步了解Binder，可查看Binder系列—开篇，Binder系列花费了13篇文章的篇幅，从源码角度出发来讲述Driver、Native、Framework、App四个层面的整个完整流程。根据有些读者反馈这个系列还是不好理解，这个binder涉及的层次跨度比较大，知识量比较广，建议大家先知道binder是用于进程间通信，有个大致概念就可以先去学习系统基本知识，等后面有一定功力再进一步深入研究Binder机制。

Binder原理篇

Binder驱动篇:

Binder使用篇:

3.2 Socket

Socket通信方式也是C/S架构，比Binder简单很多。在Android系统中采用Socket通信方式的主要有：

zygote：用于孵化进程，system_server创建进程是通过socket向zygote进程发起请求；
installd：用于安装App的守护进程，上层PackageManagerService很多实现最终都是交给它来完成；
lmkd：lowmemorykiller的守护进程，Java层的LowMemoryKiller最终都是由lmkd来完成；
adbd：这个也不用说，用于服务adb；
logcatd:这个不用说，用于服务logcat；
vold：即volume Daemon，是存储类的守护进程，用于负责如USB、Sdcard等存储设备的事件处理。

等等还有很多，这里不一一列举，Socket方式更多的用于Android framework层与native层之间的通信。Socket通信方式相对于binder比较简单，这里省略。

3.3 Handler

Binder/Socket用于进程间通信，而Handler消息机制用于同进程的线程间通信，Handler消息机制是由一组MessageQueue、Message、Looper、Handler共同组成的，为了方便且称之为Handler消息机制。

有人可能会疑惑，为何Binder/Socket用于进程间通信，能否用于线程间通信呢？答案是肯定，对于两个具有独立地址空间的进程通信都可以，当然也能用于共享内存空间的两个线程间通信，这就好比杀鸡用牛刀。接着可能还有人会疑惑，那handler消息机制能否用于进程间通信？答案是不能，Handler只能用于共享内存地址空间的两个线程间通信，即同进程的两个线程间通信。很多时候，Handler是工作线程向UI主线程发送消息，即App应用中只有主线程能更新UI，其他工作线程往往是完成相应工作后，通过Handler告知主线程需要做出相应地UI更新操作，Handler分发相应的消息给UI主线程去完成，如下图：

由于工作线程与主线程共享地址空间，即Handler实例对象mHandler位于线程间共享的内存堆上，工作线程与主线程都能直接使用该对象，只需要注意多线程的同步问题。工作线程通过mHandler向其成员变量MessageQueue中添加新Message，主线程一直处于loop()方法内，当收到新的Message时按照一定规则分发给相应的handleMessage()方法来处理。所以说，Handler消息机制用于同进程的线程间通信，其核心是线程间共享内存空间，而不同进程拥有不同的地址空间，也就不能用handler来实现进程间通信。

上图只是Handler消息机制的一种处理流程，是不是只能工作线程向UI主线程发消息呢，其实不然，可以是UI线程向工作线程发送消息，也可以是多个工作线程之间通过handler发送消息。更多关于Handler消息机制文章：

要理解framework层源码，掌握这3种基本的进程/线程间通信方式是非常有必要，当然Linux还有不少其他的IPC机制，比如共享内存、信号、信号量，在源码中也有体现，如果想全面彻底地掌握Android系统，还是需要对每一种IPC机制都有所了解。

四、核心提纲

博主对于Android从系统底层一路到上层都有自己的理解和沉淀，通过前面对系统启动的介绍，相信大家对Android系统有了一个整体观。接下来需抓核心、理思路，争取各个击破。后续将持续更新和完善整个大纲，不限于进程、内存、IO、系统服务架构以及分析实战等文章。

当然本站有一些文章没来得及进一步加工，有时间根据大家的反馈，不断修正和完善所有文章，争取给文章，再进一步精简非核心代码，增加可视化图表以及文字的结论性分析。基于Android 6.0的源码，专注于分享Android系统原理、架构分析的原创文章。

建议阅读群体：适合于正从事或者有兴趣研究Android系统的工程师或者技术爱好者，也适合Android App高级工程师；对于尚未入门或者刚入门的App工程师阅读可能会有点困难，建议先阅读更基础的资料，再来阅读本站博客。

看到Android整个系统架构是如此庞大的, 该问如何学习Android系统, 以下是我自己的Android的学习和研究论，仅供参考如何自学Android。

从整理上来列举一下Android系统的核心知识点概览：

4.1 系统启动系列

Android系统启动-概述: Android系统中极其重要进程：init, zygote, system_server, servicemanager 进程:

再来看看守护进程(也就是进程名一般以d为后缀，比如logd，此处d是指daemon的简称), 下面介绍部分守护进程：

4.2 系统稳定性系列

Android系统稳定性主要是异常崩溃(crash)和执行超时(timeout),:

4.3 Android进程系列

进程/线程是操作系统的魂，各种服务、组件、子系统都是依附于具体的进程实体。深入理解进程机制对于掌握Android系统整体架构和运转机制是非常有必要的，是系统工程师的基本功，下面列举进程相关的文章：

4.4 四大组件系列

对于App来说，Android应用的四大组件Activity，Service，Broadcast Receiver， Content Provider最为核心，接下分别展开介绍：

4.5 图形系统系列

图形也是整个系统非常复杂且重要的一个系列，涉及WindowManager,SurfaceFlinger服务。

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