Android随笔-平台架构

Android 系统架构采用分层设计，从上到下大致分为五层。

一、总体架构图

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 第 5 层：应用层 (Applications) │ │ System UI、Launcher、Settings、微信、抖音... │ │ （Java/Kotlin 代码，SDK API） │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 第 4 层：应用框架层 (Application Framework) │ │ ActivityManagerService、WindowManagerService、 │ │ PackageManagerService、ContentProvider、ResourceManager... │ │ （Java 代码，system_server 进程） │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 第 3 层：系统运行库层 (Native Libraries & Android Runtime) │ │ SurfaceFlinger、OpenGL ES、SQLite、WebView、Media Codec、 │ │ ART 虚拟机、libc、Binder IPC 库... │ │ （C/C++ 代码，.so 共享库） │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 第 2 层：硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer) │ │ Camera HAL、Audio HAL、Sensors HAL、GPS HAL、Wi-Fi HAL... │ │ （C/C++ 接口，由厂商实现） │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 第 1 层：Linux 内核层 (Linux Kernel) │ │ 进程调度、内存管理、网络协议栈、电源管理、 │ │ Binder 驱动、显示驱动、输入子系统、Camera 驱动... │ │ （C 代码，内核态） │ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘

二、逐层详解

第 1 层：Linux 内核层

这是 Android 的地基，负责硬件资源管理和进程隔离。

关联知识：Zygote 进程通过 fork() 系统调用（内核提供）孵化应用进程；Binder 驱动是 Framework 层所有 IPC 的根基。

第 2 层：硬件抽象层（HAL）

Android 不想把硬件访问代码直接塞进内核（避免 GPL 传染、方便厂商闭源），所以在内核之上加了一层标准化接口。

应用 → Framework → HAL 接口定义（AIDL/HIDL）→ 厂商 HAL 实现 → 内核驱动 → 硬件

例子：Camera 拍照流程

Camera App → CameraManager (Framework) → CameraService (Native) → Camera HAL (厂商实现，如 Qualcomm CAMX) → Camera 驱动 → 硬件传感器

第 3 层：系统运行库层

这一层是 Native 世界，包含两部分：

A. Android Runtime（ART）

Kotlin/Java 代码最终在这里被 ART 翻译成 CPU 指令。

B. Native Libraries

第 4 层：应用框架层（Application Framework）

SystemServer 所在的位置。

关键机制：

• SystemServer 启动后，在这里注册各种 Service。
• 应用通过 Context.getSystemService() 获取 Binder Proxy，与 system_server 里的 Binder Stub 通信。
• Activity 启动流程，就是应用进程↔ AMS ↔ WMS 在这一层的协作。

第 5 层：应用层

最上层，直接面向用户。

每个应用运行在独立的沙箱进程中，拥有独立的 UID 和虚拟机实例。应用之间默认不能互相访问内存，必须通过 Framework 提供的 IPC 机制通信。

三、层与层之间如何通信

1. 应用层 ↔ Framework 层

// 你写的代码valam=getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE)asActivityManager

底层通过 Binder IPC 调用 system_server 里的 AMS。

2. Framework 层 ↔ Native 层

Framework 的 Java 代码通过 JNI（Java Native Interface） 调用 C/C++ 库。

// Surface.javaprivatenativelongnativeCreateFromSurfaceTexture(...);

3. Native 层 ↔ HAL 层

通过 HIDL/AIDL 接口 或直接的函数调用（Legacy HAL）。

4. HAL 层 ↔ 内核层

标准的 Linux 系统调用、ioctl、读写设备节点（/dev/xxx）。

四、AOSP 源码目录对应

五、总结

内核层管硬件和进程，HAL 层隔离厂商实现，Native 层做图形/媒体/虚拟机，Framework 层管应用生命周期和系统服务，应用层写业务逻辑。
层与层之间靠 Binder IPC（跨进程）、JNI（跨语言）、HAL 接口（跨硬件）粘合。