基于Android的体系结构和发展前景

1、基于 Android 的体系构架和发展前景 王伟 （武汉理工大学华夏学院，武汉 430000）内容提要：21 世纪是以网络为核心的信息时代,网络已经成为信息社会的命脉和全球经济发展的重要基础。有线电视网络、电信网络和计算机网络的“三网合一”正在被推进,为了实现在电信网络与计算机网络之间的通信和资源共享,迎接 IT“移动时代”的到来,Android 搭建了电信网络与计算机网络沟通的平台。这样，移动终端不再仅是通讯网络的终端，还将成为互联网的终端。本文首先给出了系统研究背景，对当前手机操作系统发展做了简单的介绍。进而详细的分析了 android 的特征、架构、以及 android 应用的构成和工作

2、机制，并对 android于其他手机操作系统进行了比较，说明了 android 在手机操作系统中的优势。关键词： Android、JSP、eclipse、myeclipse-6.5、tomcat、开源、服务器、移动客户端。中图分类号：TP391.44 文献标志码：A Based on the android framework and development prospectsWang Wei( Wuhan university of technology huaxia college , Wuhan 430000, China ) 【Abstract】 The 21st century is

3、 the network as the core of the information age, the network has become the lifeblood of the information society and an important foundation for global economic development. The triple play cable television networks, telecommunications networks and computer networks being pushed Android to build a t

4、elecommunications network, in order to achieve communication and resource sharing between telecommunication networks and computer networks to meet the IT mobile era a platform for communication and computer networks. thus, the mobile terminal not only a communications network terminal, will become t

5、he internet terminals. the first to study the background to the current system, mobile operating system development made a brief introduction. then the detailed analyses the characteristics, a schema about the android ,about the android application forms and mechanisms, and on about the android on t

6、he other operating system, mobile phone has explained about the android the phone in the operating systems.【Key words】Android、JSP、eclipse、myeclipse-6.5、tomcat、Open source、 the server、 a mobile client . 0 引言随着移动通信与Internet向移动终端的普及，网络和用户对移动终端的要求越来越高，而Symbian，Windows Mobile，IOS等手机平台过于封闭，不能很好的满足用户的需求，因此

7、市场迫切需要一个开发性很强的平台。经过多年的发展，第三代数字通信（3G）技术活动了广泛的接受，它为移动终端用户带来了更快的数据传输速率。随着3G网络的使用，移动终端不再仅是通讯网络的终端，还将成为互联网的终端。因此，移动终端的应用软件和需要的服务将会有很大的发展空间。Google为此与2007年11月推出了一个专为移动设备设计的软件平台Android。1.手机操作系统的发展现状 目前手机的操作系统有十多个之多，非常强大的 Symbian、和 PC 有很好同步能力的 wphone、苹果的 iPhoneOS、黑莓 OS，还有 Linux 等等，这些操作系统并行发展，其实就是一场灾难。因为所有的业务

8、都需要为这些操作系统做适应，每一个业务都需要多次开发，而用户手机互不通用，每一次换手机都会成为一场灾难。 我想操作系统问题一定会被解决，解决的途径无非两个，一个是和通信频率一样，全世界认识到通用的价值，必须通用，通过全球性的国际组织，形成统一的标准。另一个途径是通过市场的竞争和选择，形成一统天一下的格局。我们都知道 PC 曾经有过上百个操作系统，但是最后存在的无非是两大系统，一是 windows 系统，一个是苹果的系统。虽然还存在其它的一些系统，但是均无法形成真正的影响力。手机目前还没有看到国际组织来形成标准。自然竞争最后一统天下的态势非常明显，我想未来十多个操作系统，会逐渐演变成五强争霸，最

9、后到两强对峙，形成今天 PC 的基本大格局。未来的五大操作系统： Symbian：曾经这个系统占据了手机 60%左右的市场份额，绝大部分用户使用的手机都是这个操作系统，很久以来，Symbian 系统以人性化、操作方便著称，也有数十亿用户习惯了它的使用。在它的后面有一个强大的诺基亚。尤其值得的一提的是，现在它已经是一个开放的系统，它得到大量的开发者的支持。现在任何一个手机业务如果不先想到诺基亚的手机不想到 Symbian，那无异是放弃一个巨大的市场。然而 symbian 要面临的一个巨大考验是，它是 2G 时代开发的系统，虽然面向智能手机时代，已经出了 S60，功能也越来越强大，但是它的底层架构

10、还是存在一些问题，效率不是很高。同样的硬件情况下，表现并不如人意，而以后用什么办法能突破，这也是一个巨大问题。但是，symbian 在相当长一段时间会非常强大，我们也渴望诺基亚能在架构上完善 symbian，或者用新的系统来取代它。 Wphone：在 PC 时代，windows 的强大是不容质疑的，在手机领域要重造一个 windows 是微软一直的梦想。所以微软是投入了很大精力在手机操作系统有想所作为，windowsce，windows mobile 一到今天的 wphone。坦率地说，情况一直不太好，从来没有达到微软希望的份额，甚至未来有被挤垮的危险。出现这样的情况，最重要的一点，微软在手机

11、操作系统上，一直没有形成突破性的思维，而是沿袭了 windows 的思路，一方面这个系统臃肿，许多智能机一上就被拖慢，甚至被拖垮，用户体验不好，另一方面在 UI 的设计上，还是 windows 多层菜单式，这完全不符合手机的特点，这方面可以说微软没有创新，只有守旧。Wphone 可圈点之处，就是和 PC 的同步非常强大，也比较方便。因此，随着硬件越来越强大，它还是会有一些机会，不过如果没有质的变化，它不会有大的机会。 Iphone os：iphone 的创新，不止是一个外观和设计，其实它更重要的操作系统和 UI 的创新，这个基于 linux 的操作系统，无疑是为智能手机专门开发的，我们都知道，

12、iphone 产品的硬件配置都不高，尤其是 CPU，无法和现在高端智能手机相比，但是它的稳定性和反应速度，却比非常多的智能手机要好。道理就是操作系统，这是一个架构简单，反应速度快，稳定性高的系统，它的出现，使智能手机操作的体验和感受发生了质的变化。而它的 UI 设计却革命性地打破了菜单与层级，用平铺式的多屏设计，把每一个应用都平铺在用户的面前，让用户能用最快的速度找到自己喜欢的应用。所有用过iphone 的用户，都会有新的体验和感受，应该说，目前为止，对于智能手机的理解，还是 iphone 的系统做得最好。现在大部分系统都要把 UI 从层级转向平铺也很明显说明了这一点。Iphone 最大的问题

13、，这是一个封闭的系统，只有苹果自己用这个产品，支持的手机非常少，这种情况它就缺乏了爆发力，很可能会重演 PC 的格局，东西好，但是只能在一个小的平台上，而且虽然现在 iphone 有大量的软件，只不过起步早，其它系统采用开放的平台，有大量手机支持，假以时日，超过 iphone 是不成问题的。 黑莓 OS：这也是一个封闭的系统。Blackberry 产品最初出现时，并不是为了打电话，而是为了收发电子邮件而研发，这个产品一开始就不是为了电话而生的，因此，它的目标是企业移动办公的一体化解决方案，这个系统也是一个智能化程度很高，架构适合智能手机的系统。这个系统一个最大的特点，就是它的立足点不是通信，而

14、是一个企业移动办公的平台，有很多有针对性、商用质量很高的商业应用作为支持。而且它的安全性程度较高，对于高端商业人士而言，不仅可以方便快捷地进行商务处理，同时，很大程度上，它的可靠性是值得期待的。通过相当一段时间发展，黑莓手机已经成为了欧美地区，尤其是美国商务人士的标志。这些和它的稳定、具有安全性的操作系统有很大关系。 黑莓也存在一个较为封闭的问题，它只是 Blackberry 手机才使用，而且如果它要开放，就失去了安全性和自己特有应用的价值。2.Android 的架构分析Android 是一个移动设备的软件平台，是由 Linux+Java 构成的开源软件，它提供包括SDK、Key Apps、M

15、iddleware、Linux Kernel 四个部分在内的全套手机软件方案。它开放了基于Linux 内核以上的开发工具，从而保证了内容的可移植性和多样性。Android 平台为我们开发应用程序提供了一套很好的框架，我们可以在这个平台的基础上开发不同的应用程序，也可以开发新的组件供应用程序调用。2.1Android的特征应用框架：用于开发可重用、可替代的组件。Dalvik 虚拟机：Android 采用的 Java 虚拟机是自主开发的代号为 Dalvik 的虚拟机技术，在保证API 方面兼容的同时 Dalvik 针对移动手机进行了大幅优化，占用资源更小，运行效率更高。内嵌浏览器：基于开源的浏览器

16、网页排版引擎 WebKit。优化的图形：强大的自定义二维图形库。基于 OpenGL ES 1.0 标准的 3D 图形功能，在移动 3D开发中有着至关重要的地位。SQLite 数据库：SQLite 提供结构化的数据存储。它是一款轻型免费的且开源的数据库，它的设计目标是嵌入式的，它占用的资源非常低、需要的内存空间少、处理速度比较快和支持事务处理功能等。多媒体支持：支持各种通用的音频、视频和静态图像格式，如 MP3、JPG、PNG 等。Open Core 是 Android 多媒体框架的核心，所有 Android 平台的音频和视频采集、播放的操作都是通过它来实现的。通过 Open Core，程序员可

17、以方便快速的开发出想要的多媒体应用程序。GSM 技术：（依赖硬件）Global System for Mobile Communications，全球通讯系统，俗称“全球通” ，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。蓝牙，EDGE,3G and WiFi:（依赖硬件）蓝牙和 Wi-Fi 都是一种短距离的无线连接技术，在短距离内可以实现话音和数据的无线传输。EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution),是增强型数据速率 GSM 演进技术。Cameram,GPS,compass,anda

18、ccelerometer:（依赖硬件）GPS(Global Positioning System),即全球定位系统。它是由一个由覆盖全球的 24 颗卫星组成的卫星系统。Compass 是一个开放源码的Java 搜索引擎框架。强大的开发环境：包括一个设备模拟器，调试工具，内存和性能检测，以及 Eclipse IDE 的开发插件。Eclipse 是个集成开放环境。2.2Android 架构Android 的架构是由 Linux 内核、C/C+函数库、Dalvik 虚拟机、应用框架以及关键应用程序构成的。通过编译基于框架的应用程序可以降低开发负荷。应用软件原则上是在 DalvikVM 上运行的。2.

19、2.1.关键应用程序 Android 会同一系列核心应用程序包一起发布，该应用程序包包括 email 客户端，SMS 短消息程序，日历，地图，浏览器，联系人管理程序等。所有的应用程序都是使用 JAVA 语言编写的。2.2.2 应用程序框架开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的 API 框架。该应用程序的架构设计简化了组件的重用;任何一个应用程序都可以发布它的功能块并且任何其它的应用程序都可以使用其所发布的功能块(不过得遵循框架的安全性限制)。同样，该应用程序重用机制也使用户可以方便的替换程序组件。隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统, 其中包括; 丰富而又可扩展的视图(Views)，可

20、以用来构建应用程序， 它包括列表(lists)，网格(grids)，文本框(text boxes)，按钮(buttons)， 甚至可嵌入的 web 浏览器。 内容提供器(Content Providers)使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据(如联系人数据库)， 或者共享它们自己的数据 资源管理器(Resource Manager)提供 非代码资源的访问，如本地字符串，图形，和布局文件( layout files )。 通知管理器 (Notification Manager) 使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息。 活动管理器( Activity Manager) 用来管理应用程

21、序生命周期并提供常用的导航回退功能。2.2.3.系统运行库2.2.3.1 程序库Android 包含一些 C/C+库，这些库能被 Android 系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。以下是一些核心库： 系统 C 库 - 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库( libc )， 它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。 媒体库 - 基于 PacketVideo OpenCORE;该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括 MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PN

22、G 。Surface Manager - 对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提 供了 2D 和 3D 图层的无缝融合。LibWebCore - 一个最新的 web 浏览器引擎用，支持 Android 浏览器和一个可嵌入的 web 视图。3D libraries - 基于 OpenGL ES 1.0 APIs 实现;该库可以使用硬件 3D 加速(如果可用)或者使用高度优化的 3D 软加速。FreeType -位图(bitmap)和矢量(vector)字体显示。SQLite - 一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。2.2.3.1 运行库 Android 包括了一个核心库，

23、该核心库提供了 JAVA 编程语言核心库的大多数功能。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 虚拟机依赖于 linux内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。2.2.4.Linux 内核Android 的核心系统服务依赖于

24、 Linux 2.6 内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议和驱动模型。Linux 内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。 2.3Android 应用的构成和工作机制Android 应用程序来说，是由 Activity、Intent Receiver、Service、ContentProvider 四部分组成，但并不是每一个 Android 应用程序都必须由这四部分组成。在应用程序中使用时，需要在配置文件Android 应用程序中所必需的，用于定义应用程序的组件、组件的功能以及必要条件等。2.4 Android 与其他手机操作系统的比较我们主要从手机操作系统的 Portablity、R

25、eliability、Connectivity、Product Diversity、Open Platform、Kernal Size、Standards、Security 和 Special Features 这九个方面进行了比较，具体的比较结果表 1.1表 1.1：对上表比较的九项每一项以 1 分、0.5 分、0 分三个级别来进行了评分，综合各项评分，最好得到的评分结果是 Android 8.5 分、Windows mobile 5.5 分、Symbian6.5 分。Android 基于开源的 Linux 以及标准的跨平台的编程语言 Java，而且源代码开放，并且免费允许所有厂商和个人在其

26、基础上进行开发，其开源和免费政策将赢得不少手机制造商的支持。而且在其平台上集成了不少优秀的开源工程，如Webkit、OpenGL 等，相信在不久，将会有更多的优秀工程加入到 Android 中来。相比其他手机操作系统过于封闭的特性来说，Android 在手机操作系统领域将会占有很大的优势，其功能也将会越来越强大。 经过对 Android 平台的特征、架构以及 Android 应用的构成和工作机制进行了详细的分析。对于Android 应用程序来说，主要由 Activity、 Service、 Intent Receiver 和 Content Provider 四部分组成，但并不是对于每一个应用

27、程序，这四部分都是必须的。Activity 是应用程序中最重要的一种构成块，我们对其进行了详细的分析，包括 Activity 的生命周期以及 Activity 之间的切换。最后对 Android 与其它的手机操作系统从九个方面进行了比较，说明了 Android 的优势。3 Android 操作系统发展前景Android 手机系统的一个很大的优势在于其开放性和服务免费。Android 是一个对第三方软件完全开放的平台，开发者在为其开发程序时拥有更大的自由度，突破了 iPhone 等只能添加为数不多的固定软件的枷锁；同时与 Windows Mobile、Symbian 等厂商不同，Android

28、操作系统免费向开发人员提供，这样可节省近三成成本。Android 项目目前正在从手机运营商、手机厂商、开发者和消费者那里获得大力支持。从下面列出的开放手机联盟成员可以看出其强大的实力：开放手机联盟成员：一、手机制造商：台湾宏达国际电子（HTC)（Palm 等多款智能手机的代工厂）摩托罗拉（美国最大的手机制造商）韩国三星电子（仅次于诺基亚的全球第二大手机制造商）韩国 LG 电子中国移动（全球最大的移动运营商，有 3.5 亿用户）日本 KDDI（2900 万用户）日本 NTT DoCoMo(5200 万用户）美国 Sprint Nextel（美国第三大移动运营商，5400 万用户）二、半导体公司：

29、Audience Corp（声音处理器公司）Broadcom Corp（无线半导体主要提供商）英特尔（Intel）Marvell Technology GroupNvidia （图形处理器公司） SiRF（GPS 技术提供商）Synaptics（手机用户界面技术）德州仪器（Texas Instruments）高通（Qualcomm ）三、软件公司：EsmertecLiving ImageNMS Communications Noser Engineering AGNuance Communications PacketVideoAndroid 同时也获得了大量开发者的支持。据 Google 称，在其推出后的两个月内，程序员下载这个软件开发平台的次数已经高达 250000 多次。尽管在如 此庞大的下载数量中只有一小部分开发者真正开始编写实际的应用程序，但我们却由此可以看出惊人的开发商兴趣。