Android系统源代码情景分析(第三版)

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内容简介: 在内容上,《Android系统源代码情景分析(第三版)》结合使用情景,全面、深入、细致地分析了Android系统的源代码,涉及Linux内核层、硬件抽象层(HAL)、运行时库层(Runtime)、应用程序框架层(Application Framework)及应用程序层(Application)。
在组织上,《Android系统源代码情景分析(第三版)》将上述内容划分为初识Android系统、Android专用驱动系统及Android应用程序框架三大篇。初识 Android系统篇介绍了参考书籍、基础知识及实验环境搭建;Android专用驱动系统篇介绍了Logger日志驱动程序、Binder进程间通信驱动程序及Ashmem匿名共享内存驱动程序;Android应用程序框架篇从组件、进程、消息和安装四个维度对Android应用程序的框架进行了深入的剖析。
通过上述内容及其组织,《Android系统源代码情景分析(第三版)》使读者既能从整体上把握Android系统的层次结构,又能从细节上掌握每一个层次的要点。

目录: 第1篇 初识Android系统
第1章 准备知识2
1.1 Linux内核参考书籍2
1.2 Android应用程序参考书籍3
1.3 下载、编译和运行Android源代码3
1.3.1 下载Android源代码5
1.3.2 编译Android源代码6
1.3.3 运行Android模拟器7
1.4 下载、编译和运行Android内核源代码8
1.4.1 下载Android内核源代码8
1.4.2 编译Android内核源代码8
1.4.3 运行Android模拟器9
1.5 开发第一个Android应用程序10
1.6 单独编译和打包Android应用程序模块12
1.6.1 导入单独编译模块的mmm命令12
1.6.2 单独编译Android应用程序模块13
1.6.3 重新打包Android系统镜像文件13
1.7 为真机编译ROM14
1.7.1 下载LineageOS16
1.7.2 下载设备开源代码16
1.7.3 下载设备私有文件17
1.7.4 编译ROM17
1.7.5 刷入TWRP17
1.7.6 刷入ROM19
第2章 硬件抽象层21
2.1 开发Android硬件驱动程序22
2.1.1 实现内核驱动程序模块22
2.1.2 修改内核Kconfig文件29
2.1.3 修改内核Makefile文件30
2.1.4 编译内核驱动程序模块30
2.1.5 验证内核驱动程序模块31
2.2 开发C可执行程序验证Android硬件驱动程序32
2.3 开发Android硬件抽象层模块34
2.3.1 硬件抽象层模块编写规范34
2.3.2 编写硬件抽象层模块接口37
2.3.3 硬件抽象层模块的加载过程41
2.3.4 处理硬件设备访问权限问题44
2.4 开发Android硬件访问服务46
2.4.1 定义硬件访问服务接口46
2.4.2 实现硬件访问服务47
2.4.3 实现硬件访问服务的JNI方法48
2.4.4 启动硬件访问服务51
2.5 开发Android应用程序来使用硬件访问服务52
第3章 智能指针57
3.1 轻量级指针58
3.1.1 实现原理分析58
3.1.2 应用实例分析61
3.2 强指针和弱指针62
3.2.1 强指针的实现原理分析63
3.2.2 弱指针的实现原理分析69
3.2.3 应用实例分析75
第2篇 Android专用驱动系统
第4章 Logger日志系统82
4.1 Logger日志格式83
4.2 Logger日志驱动程序84
4.2.1 基础数据结构85
4.2.2 日志设备的初始化过程86
4.2.3 日志设备文件的打开过程91
4.2.4 日志记录的读取过程92
4.2.5 日志记录的写入过程96
4.3 运行时库层日志库101
4.4 C/C++日志写入接口108
4.5 Java日志写入接口112
4.6 Logcat工具分析118
4.6.1 基础数据结构119
4.6.2 初始化过程123
4.6.3 日志记录的读取过程135
4.6.4 日志记录的输出过程140
第5章 Binder进程间通信系统152
5.1 Binder驱动程序153
5.1.1 基础数据结构154
5.1.2 Binder设备的初始化过程172
5.1.3 Binder设备文件的打开过程173
5.1.4 Binder设备文件的内存映射过程174
5.1.5 内核缓冲区管理181
5.2 Binder进程间通信库191
5.3 Binder进程间通信应用实例196
5.4 Binder对象引用计数技术204
5.4.1 Binder本地对象的生命周期205
5.4.2 Binder实体对象的生命周期209
5.4.3 Binder引用对象的生命周期212
5.4.4 Binder代理对象的生命周期217
5.5 Binder对象死亡通知机制220
5.5.1 注册死亡接收通知221
5.5.2 发送死亡接收通知224
5.5.3 注销死亡接收通知229
5.6 Service Manager的启动过程232
5.6.1 打开和映射Binder设备文件234
5.6.2 注册为Binder上下文管理者235
5.6.3 循环等待Client进程请求239
5.7 Service Manager代理对象的获取过程246
5.8 Service组件的启动过程252
5.8.1 注册Service组件253
5.8.2 启动Binder线程池297
5.9 Service代理对象的获取过程299
5.10 Binder进程间通信机制的Java接口308
5.10.1 Service Manager的Java代理对象的获取过程308
5.10.2 Java服务接口的定义和解析318
5.10.3 Java服务的启动过程321
5.10.4 Java服务代理对象的获取过程328
5.10.5 Java服务的调用过程331
第6章 Ashmem匿名共享内存系统335
6.1 Ashmem驱动程序336
6.1.1 基础数据结构336
6.1.2 匿名共享内存设备的初始化过程338
6.1.3 匿名共享内存设备文件的打开过程340
6.1.4 匿名共享内存设备文件的内存映射过程342
6.1.5 匿名共享内存块的锁定和解锁过程344
6.1.6 匿名共享内存块的回收过程352
6.2 运行时库cutils的匿名共享内存访问接口353
6.3 匿名共享内存的C++访问接口357
6.3.1 MemoryHeapBase357
6.3.2 MemoryBase367
6.3.3 应用实例372
6.4 匿名共享内存的Java访问接口378
6.4.1 MemoryFile378
6.4.2 应用实例383
6.5 匿名共享内存的共享原理394
第3篇 Android应用程序框架
第7章 Activity组件的启动过程400
7.1 Activity组件应用实例400
7.2 根Activity组件的启动过程406
7.3 子Activity组件在进程内的启动过程440
7.4 子Activity组件在新进程中的启动过程448
第8章 Service组件的启动过程451
8.1 Service组件应用实例451
8.2 Service组件在新进程中的启动过程459
8.3 Service组件在进程内的绑定过程471
第9章 Android系统广播机制494
9.1 广播机制应用实例495
9.2 广播接收者的注册过程501
9.3 广播的发送过程509
第10章 Content Provider组件的实现原理532
10.1 Content Provider组件应用实例533
10.1.1 ArticlesProvider533
10.1.2 Article543
10.2 Content Provider组件的启动过程558
10.3 Content Provider组件的数据共享原理581
10.3.1 数据共享模型581
10.3.2 数据传输过程584
10.4 Content Provider组件的数据更新通知机制604
10.4.1 注册内容观察者605
10.4.2 发送数据更新通知611
第11章 Zygote和System进程的启动过程619
11.1 Zygote进程的启动脚本619
11.2 Zygote进程的启动过程622
11.3 System进程的启动过程630
第12章 Android应用程序进程的启动过程638
12.1 应用程序进程的创建过程638
12.2 Binder线程池的启动过程647
12.3 消息循环的创建过程649
第13章 Android应用程序的消息处理机制653
13.1 创建线程消息队列653
13.2 线程消息循环过程658
13.3 线程消息发送过程663
13.4 线程消息处理过程668
第14章 Android应用程序的键盘消息处理机制675
14.1 键盘消息处理模型675
14.2 InputManager的启动过程678
14.2.1 创建InputManager678
14.2.2 启动InputManager681
14.2.3 启动InputDispatcher683
14.2.4 启动InputReader685
14.3 InputChannel的注册过程696
14.3.1 创建InputChannel697
14.3.2 注册Server端InputChannel705
14.3.3 注册系统当前激活的应用程序窗口709
14.3.4 注册Client端InputChannel714
14.4 键盘消息的分发过程717
14.4.1 InputReader获得键盘事件718
14.4.2 InputDispatcher分发键盘事件725
14.4.3 系统当前激活的应用程序窗口获得键盘消息735
14.4.4 InputDispatcher获得键盘事件处理完成通知751
14.5 InputChannel的注销过程754
14.5.1 销毁应用程序窗口755
14.5.2 注销Client端InputChannel764
14.5.3 注销Server端InputChannel766
第15章 Android应用程序线程的消息循环模型772
15.1 应用程序主线程消息循环模型773
15.2 与界面无关的应用程序子线程消息循环模型774
15.3 与界面相关的应用程序子线程消息循环模型777
第16章 Android应用程序的安装和显示过程786
16.1 应用程序的安装过程 786
16.2 应用程序的显示过程822

前言: Android系统自2008年9月发布第一个版本1.0以来,截至2016年8月发布最新版本7.0,一共存在十多个版本。本书在2012年10月出版第一版时,选择了Android 2.3的源代码来分析Android系统的实现,主要是因为就当时而言,它的基础架构是最稳定的,而且也是使用最广泛的。
本书有两个特点。一是通过使用情景来分析Android源代码。这种方式不仅能使读者带着目标去阅读源代码,还能把系统各个模块有机地联系在一起来理解。二是分析的内容都是Android系统的核心基础架构。这些内容在后来的版本中,都是灵魂般地稳定存在的。例如,智能指针、硬件抽象层(HAL)、匿名共享内存(Ashmem)、Binder IPC和四大组件管理等。
因此,读者阅读了本书之后,能够自行去阅读和分析其他的Android源代码。这种"授人以鱼,不如授人以渔"的效果,正是本书所追求的目标。因为技术发展日新月异,只有掌握了本质和宗旨,才能以不变应万变。
笔者记得2010年学习Linux内核时,一开始就从当时的最新版本(2.6.32)入手,结果犹如跌入茫茫大海之中。高版本的源代码,为了解决和优化一些问题,往往会引进一些复杂的概念,以及增加一些难以理解的代码。对于初学者来说,这些复杂的概念和难以理解的代码,会阻碍他们理解代码的核心思想。后来笔者改为从0.11版本(Linux的第一个基本可以正常运行的内核版本,于1991年发布)入手,才逐渐进入状态。《Linux内核完全注释》这本书,就是以0.11版本为蓝本,对Linux内核进行分析的。
本书自第一版发布以来,经历了6次重印,得到了读者的热烈反馈和建议。基于这些反馈和建议,本书在2015年12月进行了相应的修订。在不到两年的时间内,修订版又经历了4次重印,这充分说明了读者对本书的厚爱。本次修订仍以Android 2.3版本的源代码为蓝本,并且根据读者持续的反馈和建议(http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8116866)进行。由于读者提供的反馈和建议众多,这里就不一一列出,具体可以参考上述链接。
同时,本次修订还根据最新的官方文档,优化了Android源代码编译环境搭建的内容,使读者可以简单、快速、准确地初始化好Android源代码编译环境。另外,本次修订还增加了一节内容,介绍如何为真机编译ROM。让自己编译的Android源代码运行在真机上,是一件令人兴奋的事情,一方面,可以加深对Android系统的理解;另一方面,可以随心所欲地定制系统的行为,这不仅可以满足特殊的手机使用需求,还能辅助日常的开发工作。
为了更好地帮助读者理解本书的内容,笔者创建了一个网站(http://0xcc0xcd.com)。该网站会陆续提供一些免费视频,讲解Android系统相关的知识。最后,希望本书能够继续为有志于深入研究Android的读者服务。同时也非常感谢读者的反馈和建议,你们的支持是笔者持续研究和分享Android系统技术的动力所在。
本书内容
全书分为初识Android系统篇、Android专用驱动系统篇和Android应用程序框架篇三个部分。
初识Android系统篇包含三个章节的内容,主要介绍Android系统的基础知识。第1章介绍与Android系统有关的参考书籍、Android源代码工程环境的搭建方法,以及为真机编译ROM的过程;第2章介绍Android系统的硬件抽象层;第3章介绍Android系统的智能指针。读者可能会觉得奇怪,为什么一开始就介绍Android系统的硬件抽象层呢?因为涉及硬件,它似乎是一个深奥的知识点。其实不然,Android系统的硬件抽象层无论是从实现上,还是从使用上,它的层次都是非常清晰的;而且从下到上涵盖了整个Android系统,包括Android系统在用户空间和内核空间的实现。内核空间主要涉及硬件驱动程序的编写方法,而用户空间涉及运行时库层、应用程序框架层及应用程序层。因此,尽早学习Android系统的硬件抽象层,有助于我们从整体上去认识Android系统,以便后面可以更好地分析它的源代码。在分析Android系统源代码的过程中,经常会碰到智能指针,第3章我们就重点分析Android系统智能指针的实现原理,也是为了后面可以更好地分析Android系统源代码。
Android专用驱动系统篇包含三个章节的内容。我们知道,Android系统是基于Linux内核来开发的,但是由于移动设备的CPU和内存配置都要比PC低,因此,Android系统并不是完全在Linux内核上开发的,而是在Linux内核里面添加了一些专用的驱动模块来使它更适合于移动设备。这些专用的驱动模块同时也形成了Android系统的坚实基础,尤其是Logger日志驱动程序、Binder进程间通信驱动程序,以及Ashmem匿名共享内存驱动程序,它们在Android系统中被广泛地使用。在此篇中,我们分别在第4章、第5章和第6章分析Logger日志系统、Binder进程间通信系统和Ashmem共享内存系统的实现原理,为后面深入分析Android应用程序的框架打下良好的基础。
Android应用程序框架篇包含十个章节的内容。我们知道,在移动平台中,Android系统和iOS系统比的是谁的应用程序更丰富、质量更高、用户体验更好,谁就能取得最终的胜利。因此,每个平台都在尽最大努力吸引第三方开发者来为其开发应用程序。这就要求平台必须提供良好的应用程序架构,以便第三方开发者可以将更多的精力集中在应用程序的业务逻辑上,从而开发出数量更多、质量更高和用户体验更好的应用程序。在此篇中,我们将从组件、进程、消息和安装四个维度来分析Android应用程序的实现框架。第7章到第10章分析Android应用程序四大组件Activity、Service、Broadcast Receiver和Content Provider的实现原理;第11章和第12章分析Android应用程序进程的启动过程;第13 章到第15章分析Android应用程序的消息处理机制;第16章分析Android应用程序的安装和显示过程。学习了这些知识之后,我们就可以掌握Android系统的精髓了。
本书特点
本书从初学者的角度出发,结合具体的使用情景,在纵向和横向上对Android系统的源代码进行了全面、深入、细致的分析。在纵向上,采用从下到上的方式,分析的源代码涉及Android系统的内核层(Linux Kernel)、硬件抽象层(HAL)、运行时库层(Runtime)、应用程序框架层(Application Framework)以及应用程序层(Application),这有利于读者从整体上掌握Android系统的架构。在横向上,从Android应用程序的组件、进程、消息和安装四个维度出发,全面地剖析Android系统的应用程序框架层,这有利于读者深入理解Android应用程序的架构及运行原理。