全面认识 Android OS_Linux
作者 | 邓凡平
责编 | 屠敏
缘起
前几天，CSDN 曾发过一篇有关鸿蒙 OS 的文章，我觉得它是最近讨论自主开发 OS 的文章里很中肯的一篇了。我曾经在 2012 年介绍过 Android OS 的情况，现在来看依然不过时。作为一个技术人，我们探讨某个东西的前景的时候总该对它有一些了解。本篇就是一篇非常简单的对 Android OS 的介绍。
在 Android 刚起步的那几年（2011 年前及左右），我们同时下注了 Android、Intel 联合几个厂商开发的 Meego、还有基于 Linux 的嵌入式 OS。彼时，中移动的 OMS 也很火，甚至 OMS 带出了一个叫播思的公司。播思里边有非常多的人才，其中很多人来自中国手机界的黄埔军校——摩托罗拉。从这个角度看，Android OS 在早期也是看不准，没人觉得它一定会成。
Android 最终还是成功了，我个人感觉这个不全是技术的因素，但有几个关键因素还是和技术有关：
以前 CSDN《程序员》杂志里有一位投稿作者，他的个人介绍中，有一句很有意思——要为 Linux 摇旗呐喊。所以，Android 之所以成功，就在于太多人为它摇旗呐喊了。软硬件开发、搞培训.....真是人心齐泰山移！
Android 彻底占据市场之后，基于 H5 的 OS 又来了一波小高潮。
2013-2014 年左右有个 Firefox OS，还在国外装了不少机器。FireFox OS 是全相容 Android 的。所谓的相容，就是原来归属 Android OS 的功能都保留，然后再对 H5 的 App 提供了一些功能扩充套件而已。
相比 Android，给 Firefox OS 摇旗呐喊的人就少多了。而且还要相容 Android OS——那么，每次 Android OS 更新，Firefox 都要去适配，更改。这工作量就非常非常大了。最后 Firefox OS 就消亡了。
以上是历史情况——它说明了一个事实：没有哪个 OS 天生就是赢家，形势是变化的。另外，我们很多人要感谢 Android，可以亲历一个 OS 从零到如此强大的过程，时间跨度非常短，七八年就搞起来了。
现在开始我们关于对 Android OS 的一些科普性介绍。
由 PPT 转换而来的视讯：
每个部分都不长。大家可以先看下面的内容，等整体看完后，再来看上面的 PPT 视讯。
Android 系统架构——垂直角度来看
下图是 Android OS 的整体架构。99.999% 搞 Android 的人都知道：
从垂直角度来看，Android OS 分为四个层次（这是我的划分，别家的说法大同小异，其中有些内容比较老了，比如 Dalvik 虚拟机器器已经换成了 ART，但不影响我们对这个架构的认识）：
上述四个层次中，Kernel 历史最悠久，到今天就剩下大概 Windows，Linux、macOS 三个巨头了（Unix 和 Linux、macOS 有亲缘关系，在消费类电子产品中见得少，所以不讨论 Unix）：
以上唯有 Linux 不归某个公司独有。所以，Android 使用 Linux 是必然的选择。如果我们要搞国产自主 OS 的话，最大可能性也是基于 Linux，比如现在的优麒麟，以前的红旗都是这样。
这并非技术牛不牛的问题，而是 Linux Kernel 可看做是全人类共有的软件财富。遵守它的要求，不要搞独立王国，一起用好它即可。再说，Linux Kernel 发展了几十年下来，很多国人（包括国内很多公司）为它做出过许多大大小小甚至卓越的贡献。俗话说，前人栽好树，后人好乘凉。如果从头到尾，从上到下都要“自主”，那么我们也要为计算机程式语言的使用而担忧了。
继续我们的讨论。
Android Framework——没有层次关系
大部人眼里，Android OS 的架构都是上面那样的垂直关系——这个认识没有错，但是并不完全准确。如果我们以功能模组为单位来观察其中的 Android Framework（Native Framework 和 Java Framework 的统称）的话，你会得到大概下面这样的图：
以功能为单位来观察 Android Framework 的话：
知道上面这些东西有什么用呢？接着看。
Android OS 是微核心的 OS
关于核心，一直有微核心和宏核心之分。使用微核心的有 Windows 和Mac、使用宏核心的是 Linux。那么，什么微核心，什么是宏核心？下图简单解释了微核心：
我简单描述下微核心和宏核心的差异（点到即止，非技术严格）：
了解微核心和宏核心的差异后，我们再来看 Android。如果我们认为 Android 是一个 OS 的话（后面会讲为什么可以将 Android 看成是一个 OS），它是微核心还是宏核心呢？接着看下图：
上面这个图展示了 Android 四个层级间的互动：
结合我们上文提到的，Android Framework 中的功能模组并非都挤在一个程式里，而是分散在不同程式中，功能模组之间通过程式间通讯的手段互动。所以，从应用的角度看，Android OS 肯定是一个微核心。
现在，我们再看看为什么可以把 Android 称之为一个 OS——这个问题的答案其实在上面已经隐含得回答过了，就是上面说的那句话“正是基于 Android Framework，才使得 Android 上的应用如此与众不同。”
是的，Android 之所以可以说自己是个 OS，在于它新搞了一套应用开发及互动规则。
关于这个规则，下面举两个非常简单的例子。一个是启动应用时，源 Activity 和 Android Framework 的互动过程：
对于这个图，我并不是让大家去了解具体互动的细节。一看这个图，你就发现这玩意为 Android 独有。
当然，在 Android 中你也可以做一个不遵守这样的应用程序。比如手机中的开机动画，就是 Linux 应用程序——程式名叫 bootanimation，它就没有什么四大元件，也不需要 Manifest，纯纯得一个播放动画/图片的 Linux 程式。
我曾经在 2010 年左右实践过直接使用 libskia 来做 UI 控制元件相关的应用—— Android 中的那些控制元件其内部就是使用 libskia 为二维图形库（3 维绘制则使用 OpenGLES）。libskia 也就是现在的 Flutter 底层绘制引擎。
我当时想法很简单，就是想对一些使用 Android 系统的非手机装置（用在场景比较简单的装置上，比如刷卡买个汽水之类的。那个时候，这些装置的效能都非常简陋，跑不动全套 Android，必须裁剪），完全可以使用自定义的基于 libskia 影象库的控制元件来画 UI。因为大部分情况下，只要把 UI 画出来就好，剩下的呼叫驱动就行了。什么四大元件，统统都不需要。
拜 Flutter 所赐，libSkia 现在有一些知名度了，但它的价值依然被大部分人低估。目前我知道还没有哪本专业书籍是介绍这个的。车载系统（对时延要求很高，使用全套 Android 对速度影响很大，往往需要裁减）或者哪个公司想搞 OS，开发一套二维绘制引擎非常关键——说白了，应用开发中很大部分比例都是 UI。我记得还有好几个 Linux 发行版让界面看起来和 Windows 一样。BTW、3D 绘制引擎反而不用在意，因为太难，怕各家瞎搞，所以早就有 OpenGL 标准.....
接着来看另外一个例子——播放视音讯：
Android 上，一个应用要播放视音讯的话，依赖 MediaPlayerService、SurfaceFlinger、AudioFlinger、硬件编解码模组等。这套东西也不是 Linux 带过来的，而是 Android 搞出来的。
我记得以前在 Windows 上做播放器的时候，应用程序需要自己加上编解码和播放的功能，使用 DirectX。这就是每个应用的独家秘籍，谁家支援得格式多，谁就厉害了。
放到 Android 上来，编解码，播放功能均由系统提供了，应用程序再也不用操心这些东西。这无疑是一个很大的进步。
上面举了两个非常简单的例子，想必现在我们确实可以大大方方将 Android 称之为 OS 了。因为它在 Linux Kernel 之上做了大量的非同一般，独立自主的功能。说实话，对 Android 应用来说，它是不是与执行在 Linux 上都不重要，只要有 Android Framework 就足够了——早在 2011 年，我的CSDN部落格文章“移植之乱谈”（https://blog.csdn.net/Innost/article/details/6954556）中，有人把 Android Framework 整个移植到了 Windows 上。注意，并不是现在模拟器那样的使用虚拟机器器喔！（文章中的视讯好像还可以看，大家可以看一下。）
Android 手机发布和更新的过程示意
很多人不了解 Android 手机系统释出和更新的过程，总吐槽 AOSP 新版本释出后还要过好久自己的手机才能更新到新版本。这个问题的解释见下图：
上图是 Android 手机系统的释出和更新过程，图比较久了，现在情况会好点，但大致如此：
了解上面的情况后，光从测试角度看，源代码从 Google 释出到最终的手机上，测试的工作量都非常大——所以到终端消费者手里的速度会慢多了。厂商的解决办法就是在新款手机上直接使用新版系统，老款手机往往要等一段时间才会释出新版升级包。
总之，在 Android 手机世界里，Google、芯片厂商、终端厂商，运营商都是生态链里的关键玩家，四者互相影响。从终端厂商角度看，我觉得芯片厂商对终端厂商的影响力更关键和致命。最简单来说，高通要是不更新更好的芯片，很多手机商的产品也就停滞不前了。
对比苹果，它从芯片到 OS 都自己的，也不太拿运营商当回事。所以苹果发版和覆盖速度都相对较快，碎片化问题绝对是比 Android 低好几个数量级。当然，通讯芯片是苹果的大问题，所以老有人吐槽 iPhone 的讯号不好。这个问题能靠苹果自己开发通讯芯片来解决吗？理论上可以，但是不现实，因为其中有很多专利问题不好搞。
国产自主 OS 的未来
再说下我对国产自主 OS 的一些看法和判断。
作者简介：邓凡平，资深 Android 技术专家，国内早期从事 Android 技术研究和开发的工程师之一。运营个人公众号“神农和朋友们的杂文集”（ID：alashennong_gh）。
目前就职于民生银行总行科技部创新技术研究院，钻研和探索物联网等新技术在金融领域中的应用。从底层的虚拟机器器，到中间的系统层和框架层，再到上层的各种应用，他对整个 Android 系统的源代码有非常深入的研究和理解。策划并撰写了“深入理解Android”系列图书（目前已出版 8 本），累计销量超过 10 万册，是广大 Android 工程师系统、深入了解 Android 系统源代码。
