Android操作系统底层原理结构
Android是基于Linux开放性内核的操作系统，是Google公司在2007年11月5日公布的手机操作系统。Android早期由原名为"Android"的公司开发，谷歌在2005年收购"Android.Inc"后，继续对Android系统开发运营，它采用了软件堆层（software stack，又名软件叠层）的架构，主要分为三部分。底层以Linux内核工作为基础，由C语言开发，只提供基本功能；中间层包括函数库Library和虚拟机Virtual Machine，由C++开发。最上层是各种应用软件，包括通话程序，短信程序等，应用软件则由各公司自行开发，以Java作为编写程序的一部分。
Android操作系统的主要组成部分
Android操作系统架构架构主要由五部分组成：LinuxKernel 、Android Runtime 、Libraries 、ApplicationFramework 、Applications 。
1、LinuxKernel
android基于Linux2.6提供核心系统服务，例如：安全、内存管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型。Linux Kernel也作为硬件和软件之间的抽象层，它隐藏具体硬件细节而为上层提供统一的服务。如果你学过计算机网络知道OSI/RM，就会知道分层的好处就是使用下层提供的服务而为上层提供统一的服务，屏蔽本层及以下层的差异，当本层及以下层发生了变化不会影响到上层。也就是说各层各尽其职，各层提供固定的SAP（Service Access Point），专业点可以说是高内聚、低耦合。如果你只是做应用开发，就不需要深入了解Linux Kernel层。
2、AndroidRuntime
Android包含一个核心库的集合，提供大部分在Java编程语言核心类库中可用的功能。每一个Android应用程序是Dalvik虚拟机中的实例，运行在他们自己的进程中。Dalvik虚拟机设计成，在一个设备可以高效地运行多个虚拟机。Dalvik虚拟机可执行文件格式是.dex，dex格式是专为Dalvik设计的一种压缩格式，适合内存和处理器速度有限的系统。大多数虚拟机包括JVM都是基于栈的，而Dalvik虚拟机则是基于寄存器的。两种架构各有优劣，一般而言，基于栈的机器需要更多指令，而基于寄存器的机器指令更大。dx是一套工具，可以将 Java .class转换成 .dex格式。一个dex文件通常会有多个.class。由于dex有时必须进行最佳化，会使文件大小增加1-4倍，以ODEX结尾。Dalvik虚拟机依赖于Linux内核提供基本功能，如线程和底层内存管理。
3、Libraries
Android包含一个C/C++库的集合，供Android系统的各个组件使用。这些功能通过Android的应用程序框架（application framework）暴露给开发者。下面列出一些核心库：
l Surfacemanager是libraries中负责显示相关的一个模块，当系统同时执行多个应用程序时，Surface Manager会负责管理显示与存取操作间的互动，另外也负责将2D绘图与3D绘图进行显示上的合成。
l System C library(libc)——标准C系统库（libc）的BSD衍生，调整为基于嵌入式Linux设备；
l 媒体库(Media Libraries)——基于PacketVideo的OpenCORE。这些库支持播放和录制许多流行的音频和视频格式，以及静态图像文件，包括MPEG4、 H.264、MP3、AAC、AMR、JPG、 PNG；
l LibWebCore——新式的Web浏览器引擎,驱动Android浏览器和内嵌的web视图
l SGL——基本的2D图形引擎
l 3D库——基于OpenGL ES 1.0APIs的实现。库使用硬件3D加速或包含高度优化的3D软件光栅
l FreeType——位图和矢量字体渲染
l SQLite ——所有应用程序都可以使用的强大而轻量级的关系数据库引擎
l SSL – Secure Socket Layer用于保护网页通讯的协议。
4、ApplicationFramework
通过提供开放的开发平台，Android使开发者能够编制极其丰富和新颖的应用程序。开发者可以自由地利用设备硬件优势、访问位置信息、运行后台服务、设置闹钟、向状态栏添加通知等等，很多很多。开发者可以完全使用核心应用程序所使用的框架APIs。应用程序的体系结构旨在简化组件的重用，任何应用程序都能发布他的功能且任何其他应用程序可以使用这些功能（需要服从框架执行的安全限制）。这一机制允许用户替换组件。
隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统,其中包括：
n 视图（View）——丰富的、可扩展的视图集合，可用于构建一个应用程序，视图集合包括包括列表、网格、文本框、按钮，甚至是内嵌的网页浏览器。
n 内容提供者（Content Providers）——使应用程序能访问其他应用程序（如通讯录）的数据，或共享自己的数据
n 资源管理器（Resource Manager）——提供访问非代码资源，如本地化字符串、图形和布局文件
n 通知管理器（Notification Manager）——使所有的应用程序能够在状态栏显示自定义警告
n 活动管理器（Activity Manager）——管理应用程序生命周期,提供通用的导航回退功能
5、Applications
Android装配一个核心应用程序集合，包括电子邮件客户端、SMS程序、日历、地图、浏览器、联系人和其他设置。所有应用程序都是用Java编程语言写的。从上面我们知道Android的架构是分层的，非常清晰，分工很明确。Android本身是一套软件堆叠(Software Stack)，或称为「软件叠层架构」，叠层主要分成三层：操作系统、中间件、应用程序。
二、Dalvik Virtual Machine
每一个Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。Dalvik虚拟机执行(.dex)的Dalvik可执行文件，该格式文件针对小内存使用做了优化。同时虚拟机是基于寄存器的，所有的类都经由JAVA编译器编译，然后通过SDK中的 “dx” 工具转化成.dex格式由虚拟机执行。
Dalvik虚拟机有许多地方是参考Java虚拟机的设计，Dalvik虚拟机所执行的中间代码并非是Java虚拟机所执行的JavaBytecode，同时也不直接执行Java类(Java Class File)，而是依靠转换工具将Java bytecode转为Dalvik VM执行时特有的dex(DalvikExecutable)格式，成为.dex。Dalvik VM与Java VM最大的不同在于Java VM是Stack-based，而Dalvik VM是(register-based)。以技术层面来看Register-basedVM的特性有个很大的好处，那就是对于目前主流的硬件架构，很容易与现有系统整合且达到最优化，而所需要的资源也相对较少。甚至在硬件实现VM上会比较容易实现。最重要的是Dalvik并不是由J2ME实现，而不存在J2ME授权相关的问题。
三、 Android 应用程序组件
要从事Android应用程序开发，那么了解Android应用程序的思想是非常必要的。Android应用程序没有统一的入口（例如main()方法），各个应用之间是相互独立的，并且运行在自己的进程当中。根据完成的功能不同，Android划分了四类核心的组件类：Activity、Service、Broadcast Receiver、ContentProvider。相同组件和不同组件之间的导航通过Intent来完成。Android还定义了View类来显示可视化界面，例如菜单、对话框、下拉列表等。
1. Activity
Activity，表示一个活动，是Android组件中最基本也是最为常用的一种组件，在一个Android应用中，一个Activity通常就是一个单独的屏幕。每一个Activity都被实现为一个独立的类，并且继承于Activity这个基类。这个Activity类将会显示由几个Views控件组成的用户接口，并对事件做出响应。
2. Service
一个Service是一种长生命周期的、没有用户界面的程序。一般用于后台执行程序时使用，例如在一个媒体播放器的应用中，应该会有多个Activity，让使用者可以选择歌曲并播放歌曲，然而，音乐重放这个功能并没有对应的Activity，因为使用者会认为在导航到其他屏幕时音乐应该还在播放。
3. Broadcast Receiver
Broadcast Receiver是为了实现系统广播而提供的一种组件。例如，我们可以发出一种广播来检测手机电量的变化，这时候就可以定义一个Broadcast Receiver来接收广播，当手机电量较低时提示用户。
4. Content Provider
Android应用程序之间是相互独立的，各个组件运行在不同的进程中，这就意味着数据是不能共享的。如何使得不同组件的数据可以共享呢？Android通过使用Content Provider来实现不同组件之间数据的共享。
5. View
View是Android中图形用户界面的基类，提供了可视化界面的展示。Android的图形界面展示可以分为三层：底层是Activity；Activity上面是Window；Window上面是Views。View又可以分为View和ViewGroup。View是指基本的控件，例如按钮、单选框、多选框、菜单等；ViewGroup是指布局控件，即用来控制界面中的控件如何布局摆放的。
6. Intent
Intent是不同组件之间相互导航的纽带，封装了不同组件之间导航查找的条件。在Intent的描述结构中，有两个最重要的部分：动作和动作对应的数据。典型的动作类型有MAIN（Activity的门户）、VIEW、PICK、EDIT等。而动作对应的数据则以URI的形进行表示。例如，要查看一个人的联系方式，你需要创建一个动作类型为VIEW的Intent，以及一个表示这个人的URI。
