深入理解Android内核设计思想（第2版 套装上下册）

林学森，曾于多家跨国企业担任研发和管理工作，并已在国内外会议、杂志上发表多篇文章，获得多个发明专利。现为某世界500强科技公司高级专家、资深架构师。

　　·基于AndroidSDK新版本
　　·全面剖析了进程/线程、内存管理、Binder机制、GUI显示系统、多媒体管理、输入系统等核心知识在Android中的实现原理Android安全机制虚拟内存优化性能优化
　　·通过大量图片与实例来引导读者学习，以求尽量在源码分析外，为读者提供更易于理解的思维路径
　　·由浅入深，由总体框架再到细节实现，让读者尽快了解Android内核的设计思想

Android系统的诞生地——美国硅谷。
　　Google大楼前摆放着Android的zui新版本雕塑，历史版本则被放置在Android Statues Park中
　　写第2版前言时，笔者刚好在美国加州硅谷等地公事出差访问。其间我一直在思考的问题是，美国硅谷（Silicon Valley）在近几十年时间里长盛不衰的原因是什么？技术的浪潮总是一波接着一波的，谁又会在不远的将来接替Google的Android系统，在操作系统领域成为下一轮的弄潮儿？我们又应该如何应对这种“长江后浪推前浪”的必然更迭呢？
　　从历史的长河来看，新技术、新事物的诞生往往和当时的大背景有着不可分割的关系。如果我们追溯硅谷的发展史，会发现其实它相对于美国很多传统地区来说还是非常年轻的。“硅谷”这个词是在1971年的“Silicon Valley in the USA”系列报导文章中才首次出现的。20世纪四五十年代开始，硅谷就像一匹脱了缰的野马一般，“一发不可收拾”。从早期的Hewlett-Packard公司，到仙童、AMD、Intel以及后来的Apple、Yahoo!等众多世界一流企业，硅谷牢牢把握住了科技界的几次大变革，成功汇集了美国90%以上的半导体产业，逐步呈现出“生生不息”的景象。
　　但为什么是硅谷，而不是美国其他地区成为高科技行业的“发动机”呢？
　　古语有云，“天时、地利、人和，三者不得，虽胜有殃”。
　　现在我们回过头来看这段历史，应该说硅谷早期的发展和当时的世界大环境有很大关系——更确切地说，正是美国国防工业的发展诉求，才给了硅谷创业初期的“第一桶金”。只有“先活下来，才有可能走得更远”。而接下来社会对半导体工业需求的爆炸式增长，同样让硅谷占据了“天时”的优势，再接再厉最终走上良性循环。
　　密密麻麻的硅谷大企业
　　（引用自cdn.com）
　　硅谷的“地利”和“人和”，可能主要体现在：
　　（1）Stanford University
　　斯坦福大学校园
　　Stanford University在硅谷的发展过程中起到了非常关键的作用。20世纪50年代的时候，这所大学还并不是很起眼，各方面条件都比较糟糕，她的毕业生也多数会去东海岸寻求就业机会。后来她的一位教授Frederick Terman看到了产业和学术的接合点，从学校里划分出一大块空地来鼓励学生创业，并且指导其中两位学生创立了Hewlett-Packard公司。随后的几年他又成立了Stanford Research Park，这也同时是后来全球各高科技园区的起点，并吸引了越来越多的公司加入。在那段时间里，相信起到核心催化作用的是“产”+“学”的高度结合——将科技产品不断推陈出新产生经济效益，然后再回馈到研究领域。在几十年的跨度里，很多顶尖公司（Google、Yahoo!、HP等）的创始人都出自该校。有统计显示Standford师生及校友创造了硅谷一半以上的总产值，其影响力可见一斑。
　　（2）便利的地理环境
　　整个硅谷地区面积并不是很大，属于温带海洋性气候，全年平均温度在13℃～24℃，污染很小。同时，它依林傍海，陆、海、空都可以很好地与外界相连，这样一来自然有利于人才的引入。
　　（3）鼓励创新，完善的专利保护机制
　　从法律上讲，硅谷每年有超过4000项的专利申请，工程师和律师的比例达到了10∶1。在创新点得到保护的同时，也使得初创公司能够得到进一步的发展，从而避免它们被扼杀在摇篮中。从观念上来说，硅谷人对知识产权还是非常尊重的，他们大多认为剽窃是没有技术含量的，相当于“涸泽而渔”。
　　（4）完善的风投体系，并容忍失败
　　事实上在硅谷创业，其成本和失败率都很高——其中能存活3～5年的公司只有10%～20%。一方面，风险投资方需要高度容忍这样的失败率；另一方面，在允许快速试错的同时，风险投资方又可以从某些成功中获得巨大收益——硅谷就是一个可以达到这种矛盾平衡的神奇所在地。
　　“三十年河东，三十年河西”，技术的浪潮总是在不断演进的。从Symbian、Black Berry，到Android、iOS，历史经验告诉我们没有一项技术是会永远一成不变的。所以我们在技术领域的探索过程中，既要拿“鱼”，更要学会“渔”——前者是为当前的工作而努力，后者则是为我们的未来做投资。以Android操作系统为例，事实上我们除了“知其然”外，还更应该学习它的内部设计思想——即“知其所以然”。当我们真正地理解了那些“精华”所在以后，那么相信以后再遇到任何其他的操作系统，就都可以做到“触类旁通”了。也只有这样，或许才能在快速变革的科技领域中把握住脉搏，立于不败之地。
　　林学森
　　于美国硅谷
　　关于本书第2版
　　在第1版上市的这两年时间里，不断有读者来信分享他们阅读本书时的感想和心得，笔者首先要在这里衷心地向大家说声感谢！正是你们的支持和肯定，才有了《深入理解Android内核设计思想》（第2版）的诞生。
　　其中有不少读者提到了他们希望在本书后续更新中看到的内容，包括Android虚拟机的内部实现原理、Android的安全机制、Gradle自动化构建工具等——这些要求都在本次版本更新中得到了体现。
　　需要特别说明的是，第2版中的所有新增和有更新的部分都是基于Android最新的N版本展开的。由于Android版本的更新换代很快，且版本间的差异巨大，导致书中很多内容几乎需要全部重写。另外笔者写书都是在下班后的业余时间进行的，所以即便是每晚奋笔疾书到深夜，再加上周末和节假日时间（如果没有加班工作的话），最后发现更新全书所需时间依然要大于Android系统的发布间隔。为了让读者可以早日阅读到大家感兴趣的内容，本次版本的部分章节保留了第1版的原有内容——本书下一次再版时会争取将它们更新到Android的最新版本。这一点希望得到大家的谅解，谢谢！
　　致谢
　　感谢我目前任职公司的领导和同事们，是你们的帮助和支持，才让我更快地融入到了这个大家庭中。在一个到处都是“聪明人”和具有“狼性奋斗者”精神的公司里，每天的进步和知识积累都是让人愉悦的。
　　感谢人民邮电出版社的编辑，你们的专业态度和处理问题的人性化，是所有作者的“福音”。
　　感谢我的家人林进跃、张建山、林美玉、杨惠萍、林惠忠、林月明，没有你们的鼓励与理解，就没有本书的顺利出版。
　　感谢我的妻子张白杨的默默付出，是你工作之外还无怨无悔地在照顾着我们可爱的宝宝，才让我有充足的时间和精力来写作。
　　感谢所有读者的支持，是你们赋予了我写作的动力。另外，因为个人能力和水平有限，书中难免会有不足之处，希望读者不吝指教，一起探讨学习。
　　作者
　　本文仅用于学习和交流目的，不代表异步社区观点。非商业转载请注明作译者、出处，并保留本文的原始链接。

第1篇Android编译篇
第1章Android系统简介2
1.1Android系统发展历程2
1.2Android系统特点4
1.3Android系统框架8
第2章Android源码下载及编译11
2.1Android源码下载指南11
2.1.1基于Repo和Git的版本管理11
2.1.2Android源码下载流程12
2.2原生Android系统编译指南16
2.2.1建立编译环境16
2.2.2编译流程19
2.3定制产品的编译与烧录22
2.3.1定制新产品22
2.3.2Linux内核编译26
2.3.3烧录/升级系统27
2.4AndroidMultilibBuild28
2.5Android系统映像文件31
2.5.1boot.img32
2.5.2ramdisk.img34
2.5.3system.img35
2.5.4VerifiedBoot35
2.6ODEX流程37
2.7OTA系统升级39
2.7.1生成升级包39
2.7.2获取升级包40
2.7.3OTA升级—Recovery模式41
2.8Android反编译44
2.9NDKBuild46
2.10第三方ROM的移植48
第3章Android编译系统50
3.1Makefile入门50
3.2Android编译系统52
3.2.1Makefile依赖树的概念53
3.2.2Android编译系统抽象模型53
3.2.3树根节点droid54
3.2.4main.mk解析55
3.2.5droidcore节点59
3.2.6dist_files61
3.2.7Android.mk的编写规则61
3.3JackToolchain64
3.4SDK的编译过程68
3.4.1envsetup.sh68
3.4.2lunchsdk-eng70
3.4.3makesdk75
3.5Android系统GDB调试85
第2篇Android原理篇
第4章操作系统基础90
4.1计算机体系结构（ComputerArchitecture）90
4.1.1冯?诺依曼结构90
4.1.2哈佛结构90
4.2什么是操作系统91
4.3进程间通信的经典实现93
4.3.1共享内存（SharedMemory）94
4.3.2管道（Pipe）95
4.3.3UNIXDomainSocket97
4.3.4RPC（RemoteProcedureCalls）99
4.4同步机制的经典实现100
4.4.1信号量（Semaphore）100
4.4.2Mutex101
4.4.3管程（Monitor）101
4.4.4LinuxFutex102
4.4.5同步范例103
4.5Android中的同步机制104
4.5.1进程间同步——Mutex104
4.5.2条件判断——Condition105
4.5.3“栅栏、障碍”——Barrier107
4.5.4加解锁的自动化操作——Autolock108
4.5.5读写锁——ReaderWriterMutex109
4.6操作系统内存管理基础110
4.6.1虚拟内存（VirtualMemory）110
4.6.2内存保护（MemoryProtection）113
4.6.3内存分配与回收113
4.6.4进程间通信——mmap114
4.6.5写时拷贝技术（CopyonWrite）115
4.7Android中的LowMemoryKiller115
4.8Android匿名共享内存（AnonymousSharedMemory）118
4.8.1Ashmem设备118
4.8.2Ashmem应用实例122
4.9JNI127
4.9.1Java函数的本地实现127
4.9.2本地代码访问JVM130
4.10Java中的反射机制132
4.11学习Android系统的两条线索133
第5章Android进程/线程和程序内存优化134
5.1Android进程和线程134
5.2Handler,MessageQueue,Runnable与Looper140
5.3UI主线程——ActivityThread147
5.4Thread类150
5.4.1Thread类的内部原理150
5.4.2Thread休眠和唤醒151
5.4.3Thread实例155
5.5Android应用程序如何利用CPU的多核处理能力157
5.6Android应用程序的典型启动流程157
5.7Android程序的内存管理与优化159
5.7.1Android系统对内存使用的限制159
5.7.2Android中的内存泄露与内存监测160
第6章进程间通信—Binder166
6.1智能指针169
6.1.1智能指针的设计理念169
6.1.2强指针sp172
6.1.3弱指针wp173
6.2进程间的数据传递载体——Parcel179
6.3Binder驱动与协议187
6.3.1打开Binder驱动——binder_open188
6.3.2binder_mmap189
6.3.3binder_ioctl192
6.4“DNS”服务器——ServiceManager(BinderServer)193
6.4.1ServiceManager的启动193
6.4.2ServiceManager的构建194
6.4.3获取ServiceManager服务—设计思考199
6.4.4ServiceManagerProxy203
6.4.5IBinder和BpBinder205
6.4.6ProcessState和IPCThreadState207
6.5Binder客户端——BinderClient237
6.6Android接口描述语言——AIDL242
6.7匿名BinderServer254
第7章Android启动过程257
7.1第一个系统进程（init）257
7.1.1init.rc语法257
7.1.2init.rc实例分析260
7.2系统关键服务的启动简析261
7.2.1Android的“DNS服务器”——ServiceManager261
7.2.2“孕育”新的线程和进程——Zygote261
7.2.3Android的“系统服务”——SystemServer274
7.2.4Vold和ExternalStorage存储设备276
7.3多用户管理282
第8章管理Activity和组件运行状态的系统进程——ActivityManagerService（AMS）284
8.1AMS功能概述284
8.2管理当前系统中Activity状态——ActivityStack286
8.3startActivity流程288
8.4完成同一任务的“集合”——ActivityTask296
8.4.1“后进先出”——LastIn，FirstOut297
8.4.2管理ActivityTask298
8.5Instrumentation机制300
第9章GUI系统—SurfaceFlinger305
9.1OpenGLES与EGL305
9.2Android的硬件接口——HAL307
9.3Android终端显示设备的“化身”——Gralloc与Framebuffer309
9.4Android中的本地窗口313
9.4.1FramebufferNativeWindow315
9.4.2应用程序端的本地窗口——Surface321
9.5BufferQueue详解325
9.5.1BufferQueue的内部原理325
9.5.2BufferQueue中的缓冲区分配328
9.5.3应用程序的典型绘图流程333
9.5.4应用程序与BufferQueue的关系339
9.6SurfaceFlinger343
9.6.1“黄油计划”——ProjectButter343
9.6.2SurfaceFlinger的启动347
9.6.3接口的服务端——Client351
9.7VSync的产生和处理355
9.7.1VSync信号的产生和分发355
9.7.2VSync信号的处理361
9.7.3handleMessageTransaction363
9.7.4“界面已经过时/无效，需要重新绘制”——handleMessageInvalidate367
9.7.5合成前的准备工作——preComposition369
9.7.6可见区域——rebuildLayerStacks371
9.7.7为“Composition”搭建环境——setUpHWComposer375
9.7.8doDebugFlashRegions377
9.7.9doComposition377
第10章GUI系统之“窗口管理员”—WMS385
10.1“窗口管理员”——WMS综述386
10.1.1WMS的启动388
10.1.2WMS的基础功能388
10.1.3WMS的工作方式389
10.1.4WMS，AMS与Activity间的联系390
10.2窗口属性392
10.2.1窗口类型与层级392
10.2.2窗口策略（WindowPolicy）396
10.2.3窗口属性（LayoutParams）398
10.3窗口的添加过程400
10.3.1系统窗口的添加过程400
10.3.2Activity窗口的添加过程409
10.3.3窗口添加实例412
10.4Surface管理416
10.4.1Surface申请流程（relayout）416
10.4.2Surface的跨进程传递420
10.4.3Surface的业务操作422
10.5performLayoutAndPlaceSurfacesLockedInner423
10.6窗口大小的计算过程424
10.7启动窗口的添加与销毁433
10.7.1启动窗口的添加433
10.7.2启动窗口的销毁437
10.8窗口动画438
10.8.1窗口动画类型439
10.8.2动画流程跟踪——WindowStateAnimator440
10.8.3AppWindowAnimator444
10.8.4动画的执行过程446
第11章让你的界面炫彩起来的GUI系统—View体系452
第12章“问渠哪得清如许，为有源头活水来”—InputManagerService与输入事件514
12.1事件的分类514
12.2事件的投递流程517
12.2.1InputManagerService518
12.2.2InputReaderThread519
12.2.3InputDispatcherThread519
12.2.4ViewRootImpl对事件的派发523
12.3事件注入524
第13章应用不再同质化—音频系统526
13.1音频基础527
13.2音频框架532
13.3音频系统的核心——Audio-Flinger538
13.4策略的制定者——Audio-PolicyService553
13.5音频流的回放——AudioTrack560
13.6音频数据流572
13.7音量控制584
13.8音频系统的上层建筑588
13.9Android支持的媒体格式600
13.10ID3信息简述602
13.11Android多媒体文件管理606
第3篇应用原理篇
第14章Intent的匹配规则616
第15章APK应用程序的资源适配628
第16章Android字符编码格式650
第17章Android和OpenGLES660
第18章“系统的UI”——SystemUI685
第19章Android常用的工具
第20章Android应用程序的编译和打包707
第21章Android虚拟机725
21.1Android虚拟机基础知识725
21.1.1Java虚拟机核心概念725
21.1.2LLVM编译器框架734
21.1.3Android中的经典垃圾回收算法736
21.1.4Art和Dalvik之争738
21.1.5Art虚拟机整体框架741
21.1.6Android应用程序与虚拟机742
21.1.7ProcedureCallStandardforArmArchitecture（过程调用标准）744
21.1.8C++11标准中的新特性746
21.2Android虚拟机核心文件格式—Dex字节码749
21.3Android虚拟机核心文件格式—可执行文件的基石ELF756
21.3.1ELF文件格式756
21.3.2Linux平台下ELF文件的加载和动态链接过程764
21.3.3AndroidLinker和动态链接库771
21.3.4SignalHandler和FaultManager782
21.4Android虚拟机核心文件格式——“主宰者”OAT786
21.4.1OAT文件格式解析786
21.4.2OAT的两个编译时机793
21.5Android虚拟机的典型启动流程806
21.6堆管理器和堆空间释义815
21.7Android虚拟机中的线程管理823
21.7.1Java线程的创建过程823
21.7.2线程的挂起过程827
21.8Art虚拟机中的代码执行方式综述829
21.9Art虚拟机的“中枢系统”——执行引擎之Interpreter836
21.10Art虚拟机的“中枢系统”——执行引擎之JIT839
21.10.1JIT重出江湖的契机839
21.10.2AndroidN版本中JIT的设计目标及策略840
21.10.3ProfileGuidedCompilation（追踪技术）842
21.10.4AOTCompilationDaemon843
21.11Art虚拟机的“中枢系统”——执行引擎之本地代码844
21.12Androidx86版本兼容ARM二进制代码——NativeBridge864
21.13Android应用程序调试原理解析871
21.13.1Java代码调试与JDWP协议872
21.13.2Native代码调试879
21.13.3利用GDB调试AndroidArt虚拟机885
第22章Android安全机制透析887
22.1AndroidSecurity综述887
22.2SELinux889
22.2.1DAC889
22.2.2MAC890
22.2.3基于MAC的SELinux890
22.3Android系统安全保护的三重利剑892
22.3.1第一剑：Permission机制893
22.3.2加强剑：DAC（UGO）保护896
22.3.3终极剑：SEAndroid898
22.4SEAndroid剖析899
22.4.1SEAndroid的顶层模型899
22.4.2SEAndroid相关的核心源码900
22.4.3SEAndroid标签和规则901
22.4.4如何在Android系统中自定义SEAndroid903
22.4.5TE文件的语法规则905
22.4.6SEAndroid中的核心主体—init进程907
22.4.7SEAndroid中的客体912
22.5Android设备Root简析913
22.6APK的加固保护分析916
第4篇Android系统工具
第23章IDE和Gradle922
23.1Gradle的核心要点922
23.1.1Groovy与Gradle923
23.1.2Gradle的生命周期926
23.2Gradle的Console语法927
23.3GradleWrapper和Cache929
23.4AndroidStudio和Gradle931
23.4.1Gradle插件基础知识931
23.4.2AndroidStudio中的Gradle编译脚本932
第24章软件版本管理937
24.1版本管理简述937
24.2Git的安装937
24.2.1Linux环境下安装Git938
24.2.2Windows环境下安装Git939
24.3Git的使用939
24.3.1基础配置939
24.3.2新建仓库940
24.3.3文件状态942
24.3.4忽略某些文件943
24.3.5提交更新944
24.3.6其他命令944
24.4Git原理简析945
24.4.1分布式版本系统的特点946
24.4.2安全散列算法—SHA-1947
24.4.34个重要对象948
24.4.4三个区域953
24.4.5分支的概念与实例954
第25章系统调试辅助工具958
25.1万能模拟器——Emulator958
25.1.1QEMU958
25.1.2Android工程中的QEMU963
25.1.3模拟器控制台（EmulatorConsole）966
25.1.4实例：为Android模拟器添加串口功能969
25.2此Android非彼Android970
25.3快速建立与模拟器或真机的通信渠道——ADB972
25.3.1ADB的使用方法972
25.3.2ADB的组成元素975
25.3.3ADB源代码解析976
25.3.4ADBProtocol981
25.4SDKLayoutlib984
25.5TraceView和Dmtracedump985
25.6Systrace987
25.7代码覆盖率统计992
25.8模拟GPS位置995

编程,操作系统,Android