內容簡介

在內容上，本書結閤使用情景，全麵、深入、細緻地分析Android係統的源代碼，涉及到Linux內核層、硬件抽象層（HAL）、運行時庫層(Runtime)、應用程序框架層(Application Framework)以及應用程序層(Application)。在組織上，本書將上述內容劃分為初識Android係統、Android專用驅動係統和Android應用程序框架三大篇章。初識Android係統篇介紹瞭參考書籍、基礎知識以及實驗環境搭建；Android專用驅動係統篇介紹瞭Logger日誌驅動程序、Binder進程間通信驅動程序以及Ashmem匿名共享內存驅動程序；Android應用程序框架篇從組件、進程、消息以及安裝四個維度來對Android應用程序的框架進行瞭深入的剖析。通過上述內容及其組織，本書能使讀者既能從整體上把握Android係統的層次結構，又能從細節上去掌握每一個層次的要點。

作者簡介

羅升陽

2007年畢業於浙江大學計算機係，取得學士學位，2010年畢業於上海交通大學計算機係，取得碩士學位。畢業後一直從事互聯網軟件開發，並且緻力於移動平颱的研究，特彆是對Android平颱有深入的理解和研究。在國內知名IT技術社區CSDN上發錶瞭數十篇高質量的Android係統原創性文章，並且開設博客專欄——《老羅的Android之旅》，積極與網友互動，深受大傢的喜愛，訪問量一直居於前茅。

目錄

目　　錄
第1篇 初識Android係統
第1章　準備知識2
1．1　Linux內核參考書籍2
1．2　Android應用程序參考書籍3
1．3　下載、編譯和運行Android源代碼3
1．3．1　下載Android源代碼5
1．3．2　編譯Android源代碼6
1．3．3　運行Android模擬器7
1．4　下載、編譯和運行Android內核源代碼8
1．4．1　下載Android內核源代碼8
1．4．2　編譯Android內核源代碼8
1．4．3　運行Android模擬器9
1．5　開發第一個Android應用程序10
1．6　單獨編譯和打包Android應用程序模塊12
1．6．1　導入單獨編譯模塊的mmm命令12
1．6．2　單獨編譯Android應用程序模塊13
1．6．3　重新打包Android係統鏡像文件13
1．7　為真機編譯ROM14
1．7．1　下載LineageOS16
1．7．2　下載設備開源代碼16
1．7．3　下載設備私有文件17
1．7．4　編譯ROM17
1．7．5　刷入TWRP17
1．7．6　刷入ROM19
第2章　硬件抽象層21
2．1　開發Android硬件驅動程序22
2．1．1　實現內核驅動程序模塊22
2．1．2　修改內核Kconfig文件29
2．1．3　修改內核Makefile文件30
2．1．4　編譯內核驅動程序模塊30
2．1．5　驗證內核驅動程序模塊31
2．2　開發C可執行程序驗證Android硬件驅動程序32
2．3　開發Android硬件抽象層模塊34
2．3．1　硬件抽象層模塊編寫規範34
2．3．2　編寫硬件抽象層模塊接口37
2．3．3　硬件抽象層模塊的加載過程41
2．3．4　處理硬件設備訪問權限問題44
2．4　開發Android硬件訪問服務46
2．4．1　定義硬件訪問服務接口46
2．4．2　實現硬件訪問服務47
2．4．3　實現硬件訪問服務的JNI方法48
2．4．4　啓動硬件訪問服務51
2．5　開發Android應用程序來使用硬件訪問服務52
第3章　智能指針57
3．1　輕量級指針58
3．1．1　實現原理分析58
3．1．2　應用實例分析61
3．2　強指針和弱指針62
3．2．1　強指針的實現原理分析63
3．2．2　弱指針的實現原理分析69
3．2．3　應用實例分析75
第2篇　Android專用驅動係統
第4章　Logger日誌係統82
4．1　Logger日誌格式83
4．2　Logger日誌驅動程序84
4．2．1　基礎數據結構85
4．2．2　日誌設備的初始化過程86
4．2．3　日誌設備文件的打開過程91
4．2．4　日誌記錄的讀取過程92
4．2．5　日誌記錄的寫入過程96
4．3　運行時庫層日誌庫101
4．4　C/C++日誌寫入接口108
4．5　Java日誌寫入接口112
4．6　Logcat工具分析118
4．6．1　基礎數據結構119
4．6．2　初始化過程123
4．6．3　日誌記錄的讀取過程135
4．6．4　日誌記錄的輸齣過程140
第5章　Binder進程間通信係統152
5．1　Binder驅動程序153
5．1．1　基礎數據結構154
5．1．2　Binder設備的初始化過程172
5．1．3　Binder設備文件的打開過程173
5．1．4　Binder設備文件的內存映射過程174
5．1．5　內核緩衝區管理181
5．2　Binder進程間通信庫191
5．3　Binder進程間通信應用實例196
5．4　Binder對象引用計數技術204
5．4．1　Binder本地對象的生命周期205
5．4．2　Binder實體對象的生命周期209
5．4．3　Binder引用對象的生命周期212
5．4．4　Binder代理對象的生命周期217
5．5　Binder對象死亡通知機製220
5．5．1　注冊死亡接收通知221
5．5．2　發送死亡接收通知224
5．5．3　注銷死亡接收通知229
5．6　Service Manager的啓動過程232
5．6．1　打開和映射Binder設備文件234
5．6．2　注冊為Binder上下文管理者235
5．6．3　循環等待Client進程請求239
5．7　Service Manager代理對象的獲取過程246
5．8　Service組件的啓動過程252
5．8．1　注冊Service組件253
5．8．2　啓動Binder綫程池297
5．9　Service代理對象的獲取過程299
5．10　Binder進程間通信機製的Java接口308
5．10．1　Service Manager的Java代理對象的獲取過程308
5．10．2　Java服務接口的定義和解析318
5．10．3　Java服務的啓動過程321
5．10．4　Java服務代理對象的獲取過程328
5．10．5　Java服務的調用過程331
第6章　Ashmem匿名共享內存係統335
6．1　Ashmem驅動程序336
6．1．1　基礎數據結構336
6．1．2　匿名共享內存設備的初始化過程338
6．1．3　匿名共享內存設備文件的打開過程340
6．1．4　匿名共享內存設備文件的內存映射過程342
6．1．5　匿名共享內存塊的鎖定和解鎖過程344
6．1．6　匿名共享內存塊的迴收過程352
6．2　運行時庫cutils的匿名共享內存訪問接口353
6．3　匿名共享內存的C++訪問接口357
6．3．1　MemoryHeapBase357
6．3．2　MemoryBase367
6．3．3　應用實例372
6．4　匿名共享內存的Java訪問接口378
6．4．1　MemoryFile378
6．4．2　應用實例383
6．5　匿名共享內存的共享原理394
第3篇　Android應用程序框架
第7章　Activity組件的啓動過程400
7．1　Activity組件應用實例400
7．2　根Activity組件的啓動過程406
7．3　子Activity組件在進程內的啓動過程440
7．4　子Activity組件在新進程中的啓動過程448
第8章　Service組件的啓動過程451
8．1　Service組件應用實例451
8．2 Service組件在新進程中的啓動過程459
8．3　Service組件在進程內的綁定過程471
第9章　Android係統廣播機製494
9．1　廣播機製應用實例495
9．2　廣播接收者的注冊過程501
9．3　廣播的發送過程509
第10章　Content Provider組件的實現原理532
10．1　Content Provider組件應用實例533
10．1．1　ArticlesProvider533
10．1．2　Article543
10．2　Content Provider組件的啓動過程558
10．3　Content Provider組件的數據共享原理581
10．3．1　數據共享模型581
10．3．2　數據傳輸過程584
10．4　Content Provider組件的數據更新通知機製604
10．4．1　注冊內容觀察者605
10．4．2　發送數據更新通知611
第11章　Zygote和System進程的啓動過程619
11．1　Zygote進程的啓動腳本619
11．2　Zygote進程的啓動過程622
11．3　System進程的啓動過程630
第12章　Android應用程序進程的啓動過程638
12．1　應用程序進程的創建過程638
12．2　Binder綫程池的啓動過程647
12．3　消息循環的創建過程649
第13章　Android應用程序的消息處理機製653
13．1　創建綫程消息隊列653
13．2　綫程消息循環過程658
13．3　綫程消息發送過程663
13．4　綫程消息處理過程668
第14章　Android應用程序的鍵盤消息處理機製675
14．1　鍵盤消息處理模型675
14．2　InputManager的啓動過程678
14．2．1　創建InputManager678
14．2．2　啓動InputManager681
14．2．3　啓動InputDispatcher683
14．2．4　啓動InputReader685
14．3　InputChannel的注冊過程696
14．3．1　創建InputChannel697
14．3．2　注冊Server端InputChannel705
14．3．3　注冊係統當前激活的應用程序窗口709
14．3．4　注冊Client端InputChannel714
14．4　鍵盤消息的分發過程717
14．4．1　InputReader獲得鍵盤事件718
14．4．2　InputDispatcher分發鍵盤事件725
14．4．3　係統當前激活的應用程序窗口獲得鍵盤消息735
14．4．4　InputDispatcher獲得鍵盤事件處理完成通知751
14．5　InputChannel的注銷過程754
14．5．1　銷毀應用程序窗口755
14．5．2　注銷Client端InputChannel764
14．5．3　注銷Server端InputChannel766
第15章　Android應用程序綫程的消息循環模型772
15．1　應用程序主綫程消息循環模型773
15．2　與界麵無關的應用程序子綫程消息循環模型774
15．3　與界麵相關的應用程序子綫程消息循環模型777
第16章　Android應用程序的安裝和顯示過程786
16．1　應用程序的安裝過程 786
16．2　應用程序的顯示過程822

前言/序言

　　前　　言

　　Android係統自2008年9月發布第一個版本1.0以來，截至2016年8月發布最新版本7.0，一共存在十多個版本。本書在2012年10月齣版第一版時，選擇瞭Android 2.3的源代碼來分析Android係統的實現，主要是因為就當時而言，它的基礎架構是最穩定的，而且也是使用最廣泛的。

　　本書有兩個特點。一是通過使用情景來分析Android源代碼。這種方式不僅能使讀者帶著目標去閱讀源代碼，還能把係統各個模塊有機地聯係在一起來理解。二是分析的內容都是Android係統的核心基礎架構。這些內容在後來的版本中，都是靈魂般地穩定存在的。例如，智能指針、硬件抽象層（HAL）、匿名共享內存（Ashmem）、Binder IPC和四大組件管理等。

　　因此，讀者閱讀瞭本書之後，能夠自行去閱讀和分析其他的Android源代碼。這種“授人以魚，不如授人以漁”的效果，正是本書所追求的目標。因為技術發展日新月異，隻有掌握瞭本質和宗旨，纔能以不變應萬變。

　　筆者記得2010年學習Linux內核時，一開始就從當時的最新版本（2.6.32）入手，結果猶如跌入茫茫大海之中。高版本的源代碼，為瞭解決和優化一些問題，往往會引進一些復雜的概念，以及增加一些難以理解的代碼。對於初學者來說，這些復雜的概念和難以理解的代碼，會阻礙他們理解代碼的核心思想。後來筆者改為從0.11版本（Linux的第一個基本可以正常運行的內核版本，於1991年發布）入手，纔逐漸進入狀態。《Linux內核完全注釋》這本書，就是以0.11版本為藍本，對Linux內核進行分析的。

　　本書自第一版發布以來，經曆瞭6次重印，得到瞭讀者的熱烈反饋和建議。基於這些反饋和建議，本書在2015年12月進行瞭相應的修訂。在不到兩年的時間內，修訂版又經曆瞭4次重印，這充分說明瞭讀者對本書的厚愛。本次修訂仍以Android 2.3版本的源代碼為藍本，並且根據讀者持續的反饋和建議（http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8116866）進行。由於讀者提供的反饋和建議眾多，這裏就不一一列齣，具體可以參考上述鏈接。

　　同時，本次修訂還根據最新的官方文檔，優化瞭Android源代碼編譯環境搭建的內容，使讀者可以簡單、快速、準確地初始化好Android源代碼編譯環境。另外，本次修訂還增加瞭一節內容，介紹如何為真機編譯ROM。讓自己編譯的Android源代碼運行在真機上，是一件令人興奮的事情，一方麵，可以加深對Android係統的理解；另一方麵，可以隨心所欲地定製係統的行為，這不僅可以滿足特殊的手機使用需求，還能輔助日常的開發工作。

　　為瞭更好地幫助讀者理解本書的內容，筆者創建瞭一個網站（http://0xcc0xcd.com）。該網站會陸續提供一些免費視頻，講解Android係統相關的知識。最後，希望本書能夠繼續為有誌於深入研究Android的讀者服務。同時也非常感謝讀者的反饋和建議，你們的支持是筆者持續研究和分享Android係統技術的動力所在。

　　IV Android係統源代碼情景分析（第三版）

　　本書內容

　　全書分為初識Android係統篇、Android專用驅動係統篇和Android應用程序框架篇三個部分。

　　初識Android係統篇包含三個章節的內容，主要介紹Android係統的基礎知識。第1章介紹與Android係統有關的參考書籍、Android源代碼工程環境的搭建方法，以及為真機編譯ROM的過程；第2章介紹Android係統的硬件抽象層；第3章介紹Android係統的智能指針。讀者可能會覺得奇怪，為什麼一開始就介紹Android係統的硬件抽象層呢？因為涉及硬件，它似乎是一個深奧的知識點。其實不然，Android係統的硬件抽象層無論是從實現上，還是從使用上，它的層次都是非常清晰的；而且從下到上涵蓋瞭整個Android係統，包括Android係統在用戶空間和內核空間的實現。內核空間主要涉及硬件驅動程序的編寫方法，而用戶空間涉及運行時庫層、應用程序框架層及應用程序層。因此，盡早學習Android係統的硬件抽象層，有助於我們從整體上去認識Android係統，以便後麵可以更好地分析它的源代碼。在分析Android係統源代碼的過程中，經常會碰到智能指針，第3章我們就重點分析Android係統智能指針的實現原理，也是為瞭後麵可以更好地分析Android係統源代碼。

　　Android專用驅動係統篇包含三個章節的內容。我們知道，Android係統是基於Linux內核來開發的，但是由於移動設備的CPU和內存配置都要比PC低，因此，Android係統並不是完全在Linux內核上開發的，而是在Linux內核裏麵添加瞭一些專用的驅動模塊來使它更適閤於移動設備。這些專用的驅動模塊同時也形成瞭Android係統的堅實基礎，尤其是Logger日誌驅動程序、Binder進程間通信驅動程序，以及Ashmem匿名共享內存驅動程序，它們在Android係統中被廣泛地使用。在此篇中，我們分彆在第4章、第5章和第6章分析Logger日誌係統、Binder進程間通信係統和Ashmem共享內存係統的實現原理，為後麵深入分析Android應用程序的框架打下良好的基礎。

　　Android應用程序框架篇包含十個章節的內容。我們知道，在移動平颱中，Android係統和iOS係統比的是誰的應用程序更豐富、質量更高、用戶體驗更好，誰就能取得最終的勝利。因此，每個平颱都在盡最大努力吸引第三方開發者來為其開發應用程序。這就要求平颱必須提供良好的應用程序架構，以便第三方開發者可以將更多的精力集中在應用程序的業務邏輯上，從而開發齣數量更多、質量更高和用戶體驗更好的應用程序。在此篇中，我們將從組件、進程、消息和安裝四個維度來分析Android應用程序的實現框架。第7章到第10章分析Android應用程序四大組件Activity、Service、Broadcast Receiver和Content Provider的實現原理；第11章和第12章分析Android應用程序進程的啓動過程；第13 章到第15章分析Android應用程序的消息處理機製；第16章分析Android應用程序的安裝和顯示過程。學習瞭這些知識之後，我們就可以掌握Android係統的精髓瞭。

　　本書特點

　　本書從初學者的角度齣發，結閤具體的使用情景，在縱嚮和橫嚮上對Android係統的源代碼進行瞭全麵、深入、細緻的分析。在縱嚮上，采用從下到上的方式，分析的源代碼涉及Android係統的內核層（Linux Kernel）、硬件抽象層（HAL）、運行時庫層（Runtime）、應用程序框架層（ApplicationFramework）以及應用程序層（Application），這有利於讀者從整體上掌握Android係統的架構。在橫嚮上，從Android應用程序的組件、進程、消息和安裝四個維度齣發，全麵地剖析Android係統的應用程序框架層，這有利於讀者深入理解Android應用程序的架構及運行原理。

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