学习书籍：Android底层开发实践
使用代码：AOSP源码
带@的行表示关键点；
橙色背景的文字表示：整编log分析的关键字
绿色“待补充”文字表示：有待补充内容
-----第三章 Android系统开发环境搭建
3.1 Android上的开发工作
3.1.1 Android的移植开发
1. Linux驱动
@p47
@工作在系统内核空间
2. Android系统硬件抽象层
@p47
@工作在用户控件
@向下调用Linux中的驱动程序，向上提供接口
3. Android移植的几个主要类型
@p48第2段，第3段：电源管理
3.1.2 系统开发
1. JNI库的开发
JNI库是Java应用程序访问其他语言，尤其是中低级语言的接口；
一般将电源管理、传感器等系统独有设备的用户态驱动放入JNI中；
除此之外，高级视频编解码算法、压缩解压等Android自身不提供的算法也被封装在JNI中；
3.1.3 应用开发
若需要使用特定的JNI库，可以使用Android NDK，并将NDK便已生成的.so文件封装到.apk文件中；注意，.so文件不能跨平台，因此要为不同的平台编译不同的so文件；
3.2 Android系统架构
3.2.1 软件结构
1. Linux操作系统及驱动
Android系统运行于Linux kernel之上；
Android系统的Linux kernel控制包括安全、存储器管理、程序管理、网络堆栈、驱动程序模型等；
2. Android系统程序库
（1）Bionic（p49最后一段）
基础C库源代码，Android根据Linux系统glibc库改造的C/C++库同时包含了Webkit和Surface flinger；
（2）Dalvik虚拟机（p50第一段）
一种Java虚拟机，运行一种称为.dex格式的文件；
（3）HAL（p50第2段）
目的是为了把Android framework和Linux kernel隔开；
（4）HAL Stub（p50-3）
Sub以*.so文件的形式存在，向HAL “提供” 操作函数；
HAL中包含了很多Stub；
3. Android Java程序库
@p50最后一段
3.2.2 源代码的结构
1. Android的工程目录
（1）核心工程(p51-1)：...
（2）扩展工程（p51-2）：包含在externel文件夹中
（3）工程名称和含义（p51-表1）：有很多关于工具库包的解释
2. Android中的Java程序包
（1）主要包括（p53-1）：应用程序和内容提供器两部分；
（2）应用程序在package/apps目录中（p53-表1）（有一个表对其中的文件夹做了详细解释）
（3）内容提供器在package/providers目录中（p53-表2）（有一个表对其中的文件夹做了详细解释）
3.3 搭建开发环境
3.3.1 搭建编译环境
1. 安装VirtualBox
@p54-1
（1）网址：www.virtualbox.org
（2）4GB以上内存，200GB虚拟内存，64位编译环境、i5以上cpu；
2. 安装VirtualBox扩展包
@p55-1
3. 安装Ubuntu
@p56-1
（1）Ubuntu镜像下载（p58-1）
4. 配置Ubuntu
@p60-1
5. 安装所需软件包
@p62-2
6. 安装JDK
@63-1
3.3.2 使用repo
@p64
------第四章 Android系统层源码结构分析
4.1 源码结构分析
@p69
@Android系统层次结构图（p69）
@Android层次结构分析（p70）
4.1.1 底层库结构介绍
1. 底层函数库的基本结构
@p71
@系统源代码目录结构
4.1.2 C基础函数库bionic
@p73
@文件位置：/bionic
@包含一些使用频率低并且资源消耗比较高的函数，使其具有更小的体积和内存占用；
1. bionic函数库结构
@p73-表4-2
@解释了bionic文件夹内的子文件夹功能；
2. libc函数库结构
@p73-表4-3
@文件位置：/bionic/libc
@解释了bionic文件夹的子文件夹libc内的各文件夹功能；
4.1.3 C语言底层库libcutils
@p74
@文件位置：/system/core/libcutils
@提供C语言最基础的功能；
@基本上Android中所有的本地仓库和程序都连接了这个库；
@解释了其中主要的头文件作用；
4.1.4 C++工具库libutils
@p75
@文件位置：/system/core/libutils
@头文件在：/system/core/libutils/include/utils/
@源文件在：/system/core/libutils/
@库名称：libutil.so
@Android底层库，以C++实现；
@Android层次的C语言程序和库，大都基于libutils开发；
4.1.5 底层文件系统库 system
1. system目录结构
@p75-表4-4
@system中的core和extra文件夹解释分析；
@bionic文件和system文件完成了Android对Linux的封装，并在二者的基础上构建了Android系统的两大核心模块：Dalvik和Frameworks；
4.1.6 增加本地库的方法
@p76
@讲解了：编译可执行程序模板、编译静态库模板、编译动态库模板；
@讲解了：可执行程序、动态库、静态库生成的文件目录：out/target/product/*/obj/
4.2 Android编译系统介绍
@p78
4.2.1 build系统
@p78
@代码位置：build/core/
@介绍了：编译系统的功能、结构、编译过程、编译生成文件的位置（以及对应位置下生成文件的含义）
1. 编译系统简介
该系统主要由make文件(即.mk文件)、Shell脚本以及Python脚本组成，支持多架构（Linux-x86、Windows、ARM等）、多语言（汇编、C、C++、Java等）、多目标、多编译方式；
2. 编译过程
3. 编译输出
@p79-1
@对out目录做了详细介绍；
@有待补充
4. 编译框架
@p79-2
@对编译核心框架（.mk）文件做了功能解释；
4.3 init初始化脚本语言介绍
4.3.1 概述
Linux系统启动时依次执行：start_kernel()、init_post()、run_init_process()、init进程；
Android系统启动也和Linux类似；
Android的init进程主要提供4个功能：
（1）分析启动init.rc脚本文件；
@有待补充
启动init进程的具体代码：
4.3.2 init进程源码分析
init进程的事件处理流程图（p85-图4-5）
4.3.3 脚本文件的创建与分析
1. init.rc文件
2. action list
3. service list
4. init.rc脚本文件解析
init.rc脚本文件的解析由init_parse_config_file()函数实现（p88-1）；
init_parse_config_file()函数主要调用了read_file()函数和parse_config()函数；
4.3.4 创建设备节点文件
Android系统通过设备驱动来访问硬件设备，设备节点文件时设备驱动的逻辑文件（p89）；
Linux创建设备节点文件：通过mknod进程；
Android创建设备节点文件：使用init进程创建，创建的设备节点文件分为静态节点文件和动态节点文件；
init节点创建过程代码（p89-2）
4.4 Zygote
4.4.1 Zygote概述
Zygote应用于Dalvik虚拟机的内存管理（p95-2）；
Zygote进程的源文件：app_main.cpp（p95-2）；
Dalvik虚拟机是Android程序的虚拟机，是Android中Java程序的运行基础。其指令集基于寄存器架构，执行其特有的文件格式——dex字节码来完成对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全异常管理、垃圾回收等重要功能。它的核心内容是实现库（libdvm.so），大体由C语言实现。依赖于Linux内核的一部分功能——线程机制、内存管理机制，能高效使用内存，并在低速CPU上表现出的高性能。每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例，其代码在虚拟机的解释下得以执行
@讲解了Zygote创建了什么，怎么创建的（p95-3）；
@主要从两方面分析Zygote：App-Runtime、system_server；
4.4.2 AppRuntime分析
@Zygote启动应用程序的过程图解（p95）；
@AppRuntime对象的生成代码（p96）；
@AppRuntime用于初始化Dalvik虚拟机，为Android应用程序运行做好准备（p96最后一段）；
@AppRuntime.cpp源代码位置：framework/base/core/jni/AppRuntime.cpp
1. 创建虚拟机--startVm
@AndroidRuntime::startVm()主要用于设置Java虚拟机的启动参数：JNI check选项（p98）；
@JNI参数用于Native层实现对所调用的JNI函数的检查；
2. 注册JNI函数--startReg
@注册JNI的代码（p99）
@至此Java应用框架就已经建立起来了（p100）；
4.4.3 system_server分析
@system_server进程由ZygoteInit.main函数中的startSystemServer函数启动（p100）；
@ZygoteInit.main函数位置：frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
@SystemServer进程的启动和调用流程图（p102）；
------第五章 Android系统内核分析
5.1 Linux内核基础
5.1.1 概述
@Linux操作系统分为：用户空间（User Space）、内核空间（Kernel Space）；
@用户空间：用户应用程序执行的地方；
@Linux为单内核，内核分为多个子系统（从上至下）：系统调用接口、内核代码、依赖于体系结构的代码（BSP 平台支持包）；
5.1.2 Linux内核的主要子系统
@p110
5.1.3 Linux启动过程分析
@开机启动过程：启动驱动器、启动内核、初始化过程、启动用户登录界面（p111）；
5.2 Android内核概况
@Android系统分为：硬件、系统内核、系统服务、应用程序（p112）；
@Android内核主要实现：内存管理、进程调度、进程间通信等功能；
文件系统：YAFFS2文件系统；
进程间通信机制：IPC Binder；
内存管理：LMK低内存管理策略、Ashmem内存共享处理方式；
电源管理：...
其他：RTC设备...；
5.3 Android启动过程分析
1. init进程
@代码位置：system/core/init（p113）
@介绍了init进程的大致功能；
2. Zygote框架建立
@zygote进程启动代码位置：frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp，由其中的main函数开始执行（p113）；
@Android启动框架图（p114）
@功能：启动虚拟机、调用JNI创建JavaVM、调用startReg函数注册JNI接口、调用ZygoteInit中的main函数，注册用来接受请求的Listen端口、启动SystemServer，至此，Zygote建立完成；
3. System Server
@startSystemServer在Zygote上fork了SystemServer进程（p115）；
@代码位置：com.android.server.SystemServer
Android的所有服务框架都是建立在SystemServer上的；
4. Home启动
@p115
------第六章 Android系统相关工具及运行环境
6.2 Dalvik虚拟机
6.2.1 概述
加快程序的运行速度、较少应用程序的占用空间、Dalvik采用寄存器架构（p160）；
1. Dalvik虚拟机的主要功能
每个程序对应一个独立的Dalvik进程（p160）；
Linux内核作为硬件和软件栈之间的抽象层；
Dalvik虚拟机从层次结构上与程序库位于同一层；
@应用程序在Dalvik虚拟机中的执行流程（p160）；
Dalvik虚拟机的输入是已经编译好的class文件或者jar文件；
@源码位置：/dalvik/目录下（p161）；
@/dalvik/目录下的dx文件夹是：将class文件或者jar文件转换成dex文件的工具；
2. Dalvik虚拟机和Java虚拟机的区别
@最显著的差别：具有不同的类文件格式以及指令集（p162）；
一个dex文件可以包含多个类，二一个class文件只能包含一个类；
@Dalvik虚拟机的特点：p163-2；
每个Dalvik虚拟机都是一个独立的进程空间，每个Android Dalvik应用程序都被赋予了一个独立的Linux PID（app_*）；
6.2.2 dex文件
1. dex文件格式
@概念：Dalvik可执行文件由Dalvik虚拟机编译，并且被压缩成apk文件放在设备上（p163）；
@dex文件的结构
2. dex文件转换
@class文件转换成dex文件过程图（p164）；
@.odex文件：dex的优化文件；
@Android应用程序编译过程图；
6.2.3 Dalvik内存管理
1. 栈架构与寄存器架构
@Dalvik是基于寄存器架构的虚拟机（p165）；
2. 内存管理
@虚拟机的初始化（p166）；
6.2.4 Dalvik编译器
@p169
6.3 JNI
6.3.1 概述
@Java Native Interface Java本地调用（p171）
JNI是一种技术，可实现如下功能：
@功能：（1）Java程序中的函数可以调用Native语言写的函数，Native一般指的是C/C++编写的函数；（2）Native程序中的函数可以调用Java层的函数，也就是说在C/C++程序中可以调用Java的函数；
6.3.2 JNI的架构
@（p171）Native函数要想注册到系统中，需要使用一个工具库nativehelper；
@该工具库位于libnativehelper\目录中，最终将被编译成libnativehelper.so动态链接库，这样虚拟机就可以随时进行库的加载和调用了；
@jni.h（JNI标准头文件）、JNIHelper.h（JNI注册功能头文件）
@JNI代码实现位于：frameworks\base\core\jni\，最终被编译成libandroid_runtime.so动态链接库
@JNI架构中，部分JNI另外编译，其中媒体部分的JNI代码位于frameworks\base\media\jni\目录中，被编译成libmedia_jni.so动态链接库；
6.3.3 JNI的实现方式
@主要介绍原生方法在系统中的注册（p172）；
@JNI调用实例分析（p172最后一段）；
6.4 Boot Loader
6.4.1 概述
@概述：U-Boot，全称Universal Boot Loader，是在操作系统内核运行之前运行的一小段程序；为最终调用操作系统内核准备好正确的环境（p173）；
@功能：(p174-2）
6.4.2 Boot Loader的操作模式
@操作模式：“启动加载”模式、“下载”模式（p174）；
6.4.3 启动过程
@U-Boot启动流程图（p175）
6.5 Busybox的使用
@Google以bionic取代glibc，作为C库使用（p176）；
------第七章 Android驱动程序设计
7.1 Andoid驱动概述
@驱动程序是添加到操作系统上的一段代码，包含了硬件相关的设备信息和操作接口。用户可以通过设备的操作接口来操作硬件（p177-1）。
@系统驱动分为两层（p177-2）：
（1）内核空间的Linux内核驱动层；（2）用户空间的Android硬件抽象层（HAL）；
@Android驱动开发结构图（p177）；
7.2 Android NDK编程
@NDK是一系列工具的集合，全称：Android Native Development Kit；这个开发包帮助开发者快速开发C（或C++）的动态库或本地应用（p178）；
@NDK开发流程图（p178），帮助理解NDK在Android开发过程中的作用；
@C源代码、Android.mk、头文件可以通过NDK的编译组合成动态库（.so文件）；
7.3 Android系统中的HAL层
@在Linux内核层之上，HAL实现了硬件抽象化，将硬件平台的差异隐藏，为上层提供统一的硬件平台，方便开发者在不同硬件平台上进行代码移植；
@HAL：Hardware Abstration Layer 硬件抽象层（p183-1）
@Linux系统中，只有在内核控件才能对硬件设备进行操作，而在Android中的内核空间使用Linux驱动，用户空间则以HAL的模块的方式，对硬件设备的细节进行封装，就也可以访问设备；（p183最后一段）
7.3.1 HAL_legacy和HAL对比
@对应源码位置：libhardware_legacy（旧框架）、libhardware（新框架）
@新旧HAL层架构图（p184）
7.3.2 HAL_module架构分析
@p184
7.3.3 HAL实现流程
@p186
7.4 Android系统Camera与WiFi实现
7.4.1 Camera实现
@Camera系统结构图（p187）
1. 应用层
@应用层代码位置：package/apps/Camera
2. Framework层硬件服务
@1.Java接口层代码位置（p188）：frameworks/base/core/java/android/hardware/Camera.java；
@Java接口层代码将编译成framework.jar，成为SDK API；
@2.JNI接口代码位置（p188）：frameworks/base/core/jni/android_hardware_Camera.cpp
这部分内容编译成libandroid_runtime.so；
@3.Camera Client代码位置（p188）：frameworks/base/libs/camera
@Camera Client代码被编译成libcamera_client.so，该库是作为Camera框架中的客户端，并通过Binder与服务端进行通信；
@4.Camera Service代码位置（p188）：frameworks/base/services/camera/libcameraservices，这部分被编译成libcameraservice.so；
3. Camera HAL
@用户空间的驱动代码（p189），这部分生成libcamera.so；
4. Camera Linux驱动
@驱动目录（p190）：kernel/driver/media/video
7.4.2 WiFi实现
@WiFi系统的上层接口包括（p190）：数据部分、控制部分；
@WiFi系统结构图（p190）
1. wpa_supplicant
@守护进程，负责认证的登录、加密等（p191）；
@源码路径：external/wpa_supplicant_8/
@编译后生成libwpaclient.so动态链接库和守护进程wpa_supplicant；
2. 适配器层
@主要实现与wpa_supplicant的通信工作，实现Framework层的加载、控制（p191）；
@源码路径：hardware/libhardware_legacy/wifi/
3. WiFi JNI
@本地函数通过调用适配层的接口实现；
@WiFi JNI接口的源码路径：frameworks/base/core/jni/android_net_wifi_Wifi.cpp
4. WiFi Framework层
@WiFi系统分为WiFi客户端与WiFi服务端，两者通过Binder机制进行通信；
@源码路径：
frameworks/base/services/java/com/android/server/
frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/
5. WiFi Settings
@通过Android系统的Setting应用程序实现对WiFi的配置、控制等操作；
@代码目录：packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifi/