Android内核剖析

Android内核剖析

柯元旦 编著

ISBN 978-7-121-14398-4

2011年9月出版

定价：79.90元

16开

616页

内容简介：

本书内容分别从基础、内核、系统、编译以及硬件驱动几个方面对Android内核相关知识进行深入剖析，详细分析了Android内核的内部机制，包括窗口管理系统、Activity管理系统、输入法框架、编译系统等，为Android内核定制以及高级应用程序开发提供技术参考。

本书适合于所有Android相关的工程师以及产品经理。

前言

“内核剖析”乍一听起来挺吓唬人的，但这个词语存在两个问题，第一个是什么才能称为内核？另一个是“谁”才有能力或者有机会写一本“内核剖析”的书？

本书之所以在前言中提出这个问题，就是为了不吓唬大家，并给大家一种信心，相信自己有能力理解本书的内容。

首先来回答第一个问题，什么才能称为内核？大家都知道，Linux内核的本质包含了线程调度、内存管理及输入/输出管理，那么请问Windows操作系统的内核是什么呢？我们常说，苹果的操作系统Mac OS X的内核是基于UNIX的，那么可以说Mac OS的内核是UNIX吗？

如果仅从线程调度、内存管理，以及输入/输出的角度来区分Windows和Mac OS系统的话，能很明显地感觉到缺少点什么，那就是图形用户接口（GUI），Android、Windows、Mac OS三者的操作方式完全不同，因此，对于图形操作系统而言，本人倾向于将GUI也划归到内核的范畴，这也就是为什么本书使用“内核”作为标题的原因。本书所谓的“内核剖析”的核心也正在于Android所设计的GUI框架的内部原理。Android操作系统是基于Linux实现的，本书并不是去剖析Linux。

下面再来回答第二个问题，即“谁”才有能力或者有机会写一本“内核剖析”的书？如果有人告诉你，一个非微软公司的技术人员写了一本Windows操作系统内核剖析的书，你信吗？反正我不信，原因是，没有阅读过Windows内核源码的人是不可能写出这样的书的，幸运的是Android的源码是开放的。可是源码开放就一定能写这样一本书吗？

在本书截稿时，我未曾见过一本真正分析Android内核的书，大多数书籍都是关于Android SDK应用开发的。在过去的工作经历中，常常遇到一些同事，由于对Android内核不了解，导致在应用程序开发时遇到一些无法解决的问题。遗憾的是，IT类优秀书籍本来就很少，中文原创的更少，Android领域的几乎没有，本人之前也写过一本《Android程序设计》，坦白地讲，当我对Android内核彻底剖析后，觉得那本书有“误人子弟”的成分。因此，我才决定要将自己对Android的理解分享给更多的读者。

那么，我有可能写出一本真正的“内核剖析”的书吗？

我2003年毕业于西安电子科技大学通信工程学院，毕业后与两名同学一起创业，当时我们的目标是做一个“心情播放器”，其本质是一个彩屏多媒体掌上设备，当初想把它做成一个能够根据人的心情自动播放音乐的设备，不谈产品，仅从技术的角度来讲，我们基于美国德州仪器（TI）公司的一款DSP处理器完成了“心情播放器”的设计，包括软件和硬件，该软件系统包括支持最多16个线程的多线程管理、内存管理、FAT16文件系统、GUI子系统，以及一套标准应用程序开发框架、桌面程序等，在这里要再次感谢同宿舍的陈静军同学，他是我到目前为止见过的写代码最优秀的人，在这个项目中，静军设计了这个操作系统的内核及GUI子系统，而我设计了硬件主板、驱动、系统开发框架等，说到这里，如果静军来写一本内核剖析的书，肯定会比我写得更好，在当初设计操作系统前，由于静军还没有加入到我们团队，我才花时间研究了嵌入式操作系统，并设计了一些简单的接口，而当静军加入后，这些工作就由他完成了，因此，从严格意义上讲，我并没有实际编写过操作系统内核代码，只不过从硬件、驱动、系统等不同层面设计了一个系统框架而已。

在这个项目中，一切只是从一颗处理器入手，没有基于任何代码，所有底层代码都是我们编写的，包括汇编和C语言程序设计，因此，在这个过程中，我彻底了解了C语言如何被编译成汇编代码，以及特定处理器如何影响上层的C程序。

当然，这个故事是以失败而告终的，后来我继续从事嵌入式产品设计，包括使用TI高性能DSP处理器、x86处理器，ARM处理器等，不过，仅过了两年时间，又去从事互联网产品的设计，并开始使用Java、C++、PHP、JavaScript、Erlang等不同语言进行软件开发，在使用各种语言时，我常常思考这些语言与底层系统的关系，并从编译原理的角度来理解每一种语言，从而能够理解不同语言的运行环境和操作系统的关系。

直到Android的诞生，我当时对Android的描述是，这是一个把嵌入式系统和互联网应用集合在一起的一个技术。幸运的是这些我都还算熟悉，因此就开始了Android的开发，最开始的时候仅仅是应用程序的开发，虽然也常常考虑Android底层的问题，但由于没有源码，所以也就没有仔细研究，后来发现，这也是一件好事，因为如果不熟悉上层的开发接口，则很难理解内核的一些概念。

后来，应用层积累得差不多了，源码也开放了，于是我就迫不及待地开始了内核之旅，所有的分析都是基于源码的阅读和测试，中间的过程的确是辛苦的，包括在Ubuntu及Mac OS上建立编译环境、思考Android中的异步调度架构、平衡工作和学习的时间等，早上坐地铁也常常看Google groups中关于Android的各种问答。不过，每当你明白一个大的架构的关键之处时，也是一件很开心的事情。

谈及以上履历的目的在于启发正在读大学的朋友，一名电子工程师一定要理论、硬件、软件及梦想同时具备，不要把自己区分为“硬件工程师”、“软件工程师”，我们可以称自己为电子工程师或者“梦想家”。另外，学习一定要循序渐进，如果你还不了解微机原理，那么就不要学习C语言，如果你还不了解数字电路，那么就不要学习微机原理，上层的软件开发需要对底层基础知识的理解，只有这样才能成为一名创造者，并设计出卓越的产品。

多么希望我们中国的大学生在不久的将来也能创造出像Google、Microsoft、Facebook这样著名的企业。

内容介绍

本书内容分为五大部分，分别如下：

第1部分，基础篇。因为Android内核研究必须基于Unix-Like的主机系统上，常见的有Ubuntu和Mac OS X，因此，该部分介绍Linux的一些基础知识，以及在Linux上管理源码的工具git。

第2部分，内核篇。Android内核的核心就是一套GUI系统。该部分主要包含视图的内部工作机制及视图管理器（Window Manager Service）和Activity管理器（Activity Manager Service）的内部工作机制。

第3部分，系统篇。内核不等于操作系统，Android是一个操作系统，因此，除了内核之外，还必须定义一套系统架构，比如应用程序的格式定义，以及应用程序如何被安装和卸载、输入法框架等，有时候这部分内容也叫做外壳（Shell）。

第4部分，编译篇。Android相关的源码据说超过1000万行，这套源码由众多的子项目组成，因此，联合编译这些子项目就是一个复杂的问题。Android源码中定义了一套编译框架，该框架可以方便地编译不同类型的子项目，比如一个动态链接库项目、Jar包项目等。了解该套编译架构后，就可以自由地在源码中添加需要的子项目，并控制系统中已有子项目的编译过程。

第5部分，硬件驱动篇。Android目前最成功的产品当然就是智能手机，但同时由于Android开源的特点，也就可以应用于其他一些特定的产品，比如玩具、学习机、税控机、门禁系统等，因此，该部分介绍了一款硬件开源的Android开发板卡。本来，该部分内容还包括OpenGL框架、多媒体框架及Android硬件抽象层（HAL）三方面内容，但由于出版时间原因，暂未包含，本书下一版将包含这些内容。

读者对象

本书适合于五类读者。

第一类，开发过Android应用程序的工程师。如果你刚开始接触Android，那么这本书可能会很难理解，建议去Android官方网站用两周的时间学习基本的Android应用程序开发，或者去看本人早期创作的《Android程序设计》一书，但要带着怀疑的态度去读。

第二类，Android技术相关的产品经理。对于产品经理而言，了解项目的技术难度及技术可行性，将有助于制定产品开发时间表。虽然产品经理不需要详细了解技术如何实现，但起码应该知道产品技术的复杂度。

第三类，有扎实的开发经验，却未曾接触过Android的开发人员。系统框架的表面尽管各有千秋，但其内涵却不会差别太大，对于有扎实开发经验的朋友而言，只需要重新了解一下Android中的新概念，就能快速地将这些新概念与已有的知识融合起来，这样，便可以节省大量的时间。

第四类，正在基于iOS开发的工程师。本人最近正在研究iOS的开发，令人惊讶的是iOS和Android开发框架是如此相似。Object-C语言和Java语言的语法虽然差别较大，但其思想却很相似，包括单继承、动态性、内存回收机制等。iOS和Android的Framework也惊人相似，比如都使用sqlite进行数据存储，也使用Preference进行参数存储；视图系统的API接口也类似的地方，都可以使用OpengGL进行界面绘制。当然，iOS和Android视图系统还是有一定的差别，比如iOS中每一个View对象都有两个Layer，从而可以方便地使用OpenGL绘制任何一个View对象，而Android却只有一个，所以Android的动画效果没有iOS那样灵活。遗憾的是iOS不是开源的，因此，我们没有机会去了解iOS内部的详细机制，不过既然iOS和Android有这么多相似的地方，那么就可以通过了解Android的内核机制去思考iOS的一些特性。