深入理解Android内核设计思想

内容概要

林学森，香港中文大学计算机硕士，曾于多家跨国企业担任研发工作，并已在国内外会议、杂志上发表多篇一作文章。现为某行业领先企业Android软件部创始人、负责人。有丰富的技术研发与项目管理经验，擅长系统架构规划与核心问题分析。

书籍目录

第1篇　Android编译篇

第1章　Android系统简介　2

1．1　Android系统发展历程　2

1．2　Android系统特点　4

1．3　Android系统框架　8

第2章　Android源码下载及编译　10

2．1　Android源码下载指南　10

2．1．1　基于Repo和Git的版本管理　10

2．1．2　Android源码下载流程　11

2．2　原生态系统编译指南　12

2．2．1　建立编译环境　13

2．2．2　编译流程　15

2．3　定制产品的编译与烧录　17

2．3．1　定制新产品　17

2．3．2　Linux内核编译　21

2．3．3　烧录　22

2．4　Android系统映像文件　23

2．4．1　boot．img　23

2．4．2　ramdisk．img　25

2．4．3　system．img　26

2．5　OTA系统升级　26

2．5．1　生成升级包　27

2．5．2　获取升级包　28

2．5．3　OTA升级-RecoveryMode　29

2．6　Android反编译　31

第3章　Android编译系统　34

3．1　Makefile入门　34

3．2　Android编译系统　35

3．2．1　Makefile依赖树的概念　36

3．2．2　树根节点droid　36

3．2．3　main．mk解析　38

3．2．4　droidcore节点　39

3．2．5　dist_files　41

3．2．6　Android．mk的编写规则　42

第2篇　Android原理篇

第4章　操作系统基础　48

4．1　计算机体系结构(Computer Architecture)　48

4．1．1　冯·诺依曼结构　48

4．1．2　哈佛结构　48

4．2　什么是操作系统　49

4．3　进程间通信的经典实现　51

4．3．1　共享内存(Shared Memory)　52

4．3．2　管道(Pipe)　54

4．3．3　Unix Domain Socket　55

4．3．4　RPC(RemoteProcedure Calls)　58

4．4　同步机制的经典实现　58

4．4．1　信号量(Semaphore)　58

4．4．2　Mutex　59

4．4．3　管程(Monitor)　59

4．4．4　同步范例　60

4．5　Android中的同步机制　61

4．5．1　进程间同步——Mutex　61

4．5．2　条件判断——Condition　62

4．5．3　“栅栏、障碍”——Barrier　64

4．5．4　加解锁的自动化操作——Autolock　66

4．6　操作系统内存管理基础　66

4．6．1　虚拟内存(Virtual Memory)　66

4．6．2　内存保护(Memory Protection)　69

4．6．3　内存分配与回收　69

4．6．4　进程间通信——mmap　70

4．7　Android中的Low Memory Killer　71

4．8　Android匿名共享内存(Anonymous Shared Memory)　74

4．8．1　Ashmem设备　74

4．8．2　Ashmem应用实例　78

4．9　JNI　83

4．9．1　Java函数的本地实现　83

4．9．2　本地代码访问JVM　86

4．10　学习Android系统的两条线索　88

第5章　Android进程/线程管理　89

5．1　Android进程和线程　89

5．2　Handler， MessageQueue，Runnable与Looper　95

5．3　UI主线程——ActivityThread　102

5．4　Thread类　105

5．4．1　Thread类的内部原理　105

5．4．2　Thread休眠和唤醒　106

5．4．3　Thread实例　110

5．5　Android应用程序的典型启动流程　112

第6章　进程间通信——Binder　114

6．1　智能指针　117

6．1．1　智能指针的设计理念　117

6．1．2　强指针sp　120

6．1．3　弱指针wp　121

6．2　进程间的数据传递载体——Parcel　128

6．3　Binder驱动与协议　135

6．3．1　打开Binder驱动——binder_open　136

6．3．2　binder_mmap　137

6．3．3　binder_ioctl　140

6．4　“DNS”服务器——ServiceManager(Binder Server)　141

6．4．1　ServiceManager的启动　141

6．4．2　ServiceManager的构建　142

6．4．3　获取ServiceManager服务——设计思考　147

6．4．4　ServiceManagerProxy　151

6．4．5　IBinder和BpBinder　153

6．4．6　ProcessState和IPCThreadState　155

6．5　Binder客户端——Binder Client　185

6．6　Android接口描述语言——AIDL　190

6．7　匿名Binder Server　202

第7章　Android启动过程简析　205

7．1　第一个系统进程(init)　205

7．1．1　init．rc语法　205

7．1．2　init．rc实例分析　208

7．2　系统关键服务的启动简析　209

7．2．1　Android的“DNS服务器”——ServiceManager　209

7．2．2　“孕育”新的线程和进程——Zygote　209

7．2．3　Android的“系统服务”——SystemServer　211

第8章　管理Activity和组件运行状态的系统进程——Activity ManagerService (AMS)　213

8．1　AMS功能概述　213

8．2　管理当前系统中Activity状态——Activity Stack　215

8．3　startActivity流程　217

8．4　完成同一任务的“集合”——Activity Task　224

8．4．1　“后进先出”——Last In，First Out　225

8．4．2　管理Activity Task　226

第9章　GUI系统之SurfaceFlinger　229

9．1　OpenGL ES与EGL　229

9．2　Android的硬件接口——HAL　231

9．3　Android终端显示设备的“化身”——Gralloc与Framebuffer　233

9．4　Android中的本地窗口　237

9．4．1　FramebufferNativeWindow　239

9．4．2　应用程序端的本地窗口——Surface　245

9．5　BufferQueue详解　249

9．5．1　BufferQueue的内部原理　249

9．5．2　BufferQueue中的缓冲区分配　252

9．5．3　应用程序的典型绘图流程　258

9．5．4　应用程序与BufferQueue的关系　263

9．6　SurfaceFlinger　267

9．6．1　“黄油计划”——Project Butter　267

9．6．2　SurfaceFlinger的启动　271

9．6．3　接口的服务端——Client　275

9．7　VSync的产生和处理　279

9．7．1　VSync信号的产生和分发　279

9．7．2　VSync信号的处理　285

9．7．3　handleMessageTransaction　287

9．7．4　“界面已经过时/无效，需要重新绘制”——handleMessageInvalidate　291

9．7．5　合成前的准备工作——preComposition　293

9．7．6　可见区域——rebuildLayerStacks　295

9．7．7　为“Composition”搭建环境——setUpHWComposer　299

9．7．8　doDebugFlashRegions　301

9．7．9　doComposition　302

第10章　GUI系统之“窗口管理员”——WMS　309

10．1　“窗口管理员”——WMS综述　310

10．1．1　WMS的启动　312

10．1．2　WMS的基础功能　312

10．1．3　WMS的工作方式　313

10．1．4　WMS，AMS与Activity间的联系　314

10．2　窗口属性　316

10．2．1　窗口类型与层级　316

10．2．2　窗口策略(Window Policy)　320

10．2．3　窗口属性(LayoutParams)　322

10．3　窗口的添加过程　324

10．3．1　系统窗口的添加过程　324

10．3．2　Activity窗口的添加过程　333

10．3．3　窗口添加实例　337

10．4　Surface管理　340

10．4．1　Surface申请流程(relayout)　341

10．4．2　Surface的跨进程传递　344

10．4．3　Surface的业务操作　347

10．5　performLayoutAndPlaceSurfacesLockedInner　347

10．6　窗口大小的计算过程　349

10．7　启动窗口的添加与销毁　358

10．7．1　启动窗口的添加　358

10．7．2　启动窗口的销毁　362

10．8　窗口动画　363

10．8．1　窗口动画类型　364

10．8．2　动画流程跟踪——WindowStateAnimator　365

10．8．3　AppWindowAnimator　368

10．8．4　动画的执行过程　370

第11章　让你的界面炫彩起来的GUI系统之View体系　377

11．1　应用程序中的View框架　377

11．2　Activity中View Tree的创建过程　380

11．3　在WMS中注册窗口　386

11．4　ViewRoot的基本工作方式　388

11．5　View Tree的遍历时机　389

11．6　View Tree的遍历流程　393

11．7　View和ViewGroup属性　402

11．7．1　View的基本属性　402

11．7．2　ViewGroup的属性　408

11．7．3　View，ViewGroup和ViewParent　408

11．7．4　Callback接口　408

11．8　“作画“工具集——Canvas　411

11．8．1　“绘制UI”——Skia　412

11．8．2　数据中介——Surface．lockCanvas　413

11．8．3　解锁并提交结果——unlockCanvasAndPost　417

11．9　draw和onDraw　417

11．10　View中的消息传递　423

11．10．1　View中TouchEvent的投递流程　423

11．10．2　ViewGoup中TouchEvent的投递流程　427

11．11　View动画　430

第12章　“问渠哪得清如许，为有源头活水来”——InputManagerService与输入事件　436

12．1　事件的分类　436

12．2　事件的投递流程　439

12．2．1　InputManagerService　440

12．2．2　InputReaderThread　441

12．2．3　InputDispatcherThread　441

12．2．4　ViewRootImpl对事件的派发　445

第13章　应用不再同质化——音频系统　447

13．1　音频基础　448

13．1．1　声波　448

13．1．2　音频的录制、存储与回放　448

13．1．3　音频采样　449

13．1．4　Nyquist–Shannon采样定律　451

13．1．5　声道和立体声　451

13．1．6　声音定级——Weber–Fechner law　452

13．1．7　音频文件格式　453

13．2　音频框架　454

13．2．1　Linux中的音频框架　454

13．2．2　TinyAlsa　456

13．2．3　Android系统中的音频框架　457

13．3　音频系统的核心——AudioFlinger　459

13．3．1　AudioFlinger服务的启动和运行　460

13．3．2　AudioFlinger对音频设备的管理　461

13．3．3　PlaybackThread的循环主体　468

13．3．4　AudioMixer　473

13．4　策略的制定者——AudioPolicyService　475

13．4．1　AudioPolicyService概述　475

13．4．2　AudioPolicyService的启动过程　477

13．4．3　AudioPolicyService与音频设备　480

13．5　音频流的回放——AudioTrack　482

13．5．1　AudioTrack应用实例　482

13．5．2　AudioPolicyService的路由实现　489

13．6　音频数据流　494

13．6．1　AudioTrack中的音频流　495

13．6．2　AudioTrack和AudioFlinger间的数据交互　498

13．6．3　AudioMixer中的音频流　504

13．7　音量控制　506

13．8　音频系统的上层建筑　510

13．8．1　从功能入手　510

13．8．2　MediaPlayer　511

13．8．3　MediaRecorder　514

13．8．4　一个典型的多媒体录制程序　517

13．8．5　MediaRecorder源码解析　518

13．8．6　MediaPlayerService简析　520

13．9　Android支持的媒体格式　523

13．9．1　音频格式　523

13．9．2　视频格式　523

13．9．3　图片格式　524

13．9．4　网络流媒体　524

13．10　ID3信息简述　525

13．11　Android多媒体文件管理　528

13．11．1　MediaStore　529

13．11．2　多媒体文件信息的存储“仓库”——MediaProvider　530

13．11．3　多媒体文件管理中的“生产者”——MediaScanner　533

第3篇　应用原理篇

第14章　Intent的匹配规则　538

14．1　Intent属性　538

14．2　Intent的匹配规则　540

14．3　Intent匹配源码简析　546

第15章　APK应用程序的资源适配　551

15．1　资源类型　552

15．1．1　状态颜色资源　553

15．1．2　图形资源　554

15．1．3　布局资源　555

15．1．4　菜单资源　556

15．1．5　字符串资源　556

15．1．6　样式资源　557

15．1．7　其他资源　558

15．1．8　属性资源　558

15．2　提供可选资源　561

15．3　最佳资源的匹配流程　565

15．4　屏幕适配　567

15．4．1　屏幕适配的重要参数　567

15．4．2　如何适配多屏幕　569

第16章　Android字符编码格式　572

16．1　字符编码格式背景　572

16．2　ISO/IEC 8859　573

16．3　ISO/IEC 10646　573

16．4　Unicode　574

16．5　String类型　577

16．5．1　构建String　578

16．5．2　String对多种编码的兼容　579

第17章　Android和OpenGL ES　583

17．1　3D图形学基础　584

17．1．1　计算机3D图形　584

17．1．2　图形管线　585

17．2　Android中的OpenGL ES简介　587

17．3　图形渲染API—EGL　588

17．3．1　EGL与OpenGL ES　588

17．3．2　egl．cfg　588

17．3．3　EGL接口解析　590

17．3．4　EGL实例　593

17．4　简化OpenGL ES开发——GLSurfaceView　593

第18章　“系统的UI”——SystemUI　601

18．1　SystemUI的组成元素　601

18．2　SystemUI的实现　603

18．3　Android壁纸资源——WallpaperService　610

18．3．1　WallPaperManagerService　611

18．3．2　ImageWallpaper　613

第19章　Android常用的工具“小插件”——Widget机制　616

19．1　“功能的提供者”——AppWidgetProvider　616

19．2　AppWidgetHost　618

第20章　Android应用程序的编译和打包　624

20．1　“另辟蹊径”采用第三方工具——Ant　624

20．2　通过命令行编译和打包APK　625

20．3　APK编译过程详解　626

20．4　信息安全基础概述　628

20．5　应用程序签名　633

20．6　应用程序签名源码简析　636

第4篇　Android系统工具

第21章　软件版本管理　642

21．1　版本管理简述　642

21．2　Git的安装　643

21．2．1　Linux环境下安装Git　643

21．2．2　Windows环境下安装Git　644

21．3　Git的使用　644

21．3．1　基础配置　644

21．3．2　新建仓库　646

21．3．3　文件状态　647

21．3．4　忽略某些文件　649

21．3．5　提交更新　649

21．3．6　其他命令　650

21．4　Git原理简析　650

21．4．1　分布式版本系统的特点　651

21．4．2　安全散列算法——SHA-1　652

21．4．3　四个重要对象　653

21．4．4　三个区域　657

21．4．5　分支的概念与实例　658

第22章　系统调试辅助工具　662

22．1　万能模拟器——Emulator　662

22．1．1　QEMU　662

22．1．2　Android工程中的QEMU　667

22．1．3　模拟器控制台(Emulator Console)　670

22．1．4　实例：为Android模拟器添加串口功能　672

22．2　此Android非彼Android　674

22．3　快速建立与模拟器或真机的通信渠道——ADB　676

22．3．1　ADB的使用方法　676

22．3．2　ADB的组成元素　678

22．3．3　ADB源代码解析　679

22．3．4　ADB Protocol　684

作者简介

《深入理解Android内核设计思想》适用于Android 4.3以上的版本。全书从操作系统的基础知识入手，全面剖析进程/线程、内存管理、Binder机制、GUI显示系统、多媒体管理、输入系统等核心技术在Android中的实现原理。书中讲述的知识点大部分来源于工程项目研发，因而具有较强的实用性，希望可以让读者“知其然，更知其所以然”。全书分为编译篇、系统原理篇、应用原理篇、系统工具篇共4篇22章，基本涵盖了参与Android开发所需具备的知识，并通过大量图片与实例来引导读者学习，以求尽量在源代码分析外为读者提供更易于理解的思维方式。

《深入理解Android内核设计思想》既适合Android系统工程师，也适合于应用开发工程师来阅读提升Android开发能力。读者可以在《深入理解Android内核设计思想》潜移默化的学习过程中更深刻地理解Android系统，并将所学知识自然地应用到实际开发难题的解决中。

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