2022年AndroidLinux内核介绍[参 .pdf

Android Linux 内核介绍本文将简单的介绍Android内核的全貌，起到一个抛砖引玉的作用。从下一篇开始将详细介绍每一个Android 内核驱动程序及其作用。Android 内核是基于Linux 2.6 内核的（目前最新开发版本是2.6.31） ，它是一个增强内核版本，除了修改部分Bug 外，它提供了用于支持Android 平台的设备驱动，其核心驱动主要包括：Android Binder ，基于 OpenBinder 框架的一个驱动，用于提供Android 平台的进程间通讯（IPC，inter-process communication ） 。源代码位于drivers/staging/android/binder.c Android 电源管理（ PM） ，一个基于标准Linux 电源管理系统的轻量级的Android 电源管理驱动，针对嵌入式设备做了很多优化。源代码位于kernel/power/earlysuspend.c kernel/power/consoleearlysuspend.c kernel/power/fbearlysuspend.c kernel/power/wakelock.c kernel/power/userwakelock.c 低内存管理器（Low Memory Killer） ，相对于 Linux 标准 OOM （Out Of Memory ）机制更加灵活，它可以根据需要杀死进程来释放需要的内存。源代码位于drivers/staging/android/lowmemorykiller.c 匿名共享内存（ashmem） ，为进程间提供大块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。源代码位于mm/ashmem.c Android PMEM （Physical） ，PMEM 用于向用户空间提供连续的物理内存区域，DSP 和某些设备只能工作在连续的物理内存上。源代码位于drivers/misc/pmem.c Android Logger ，一个轻量级的日志设备，用于抓取Android 系统的各种日志。源代码位于drivers/staging/android/logger.c Android Alarm ，提供了一个定时器用于把设备从睡眠状态唤醒，同时它也提供了一个即使在设备睡眠时也会运行的时钟基准，源代码位于drivers/rtc/alarm.c USB Gadget 驱动，一个基于标准Linux USB gadget 驱动框架的设备驱动，Android 的 USB驱动是基于gaeget 框架的，源代码位于drivers/usb/gadget/ Android Ram Console ，为了提供调试功能，Android 允许将调试日志信息写入一个被称为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - RAM Console 的设备里，它是一个基于RAM 的 Buffer。源代码位于drivers/staging/android/ram_console.c 。Android timed device ，提供了对设备进行定时控制功能，目前支持vibrator 和 LED 设备。源代码位于drivers/staging/android/timed_output.c(timed_gpio.c)。Yaffs2 文件系统， Android 采用 Yaffs2 作为 MTD nand flash 文件系统，源代码位于fs/yaffs2/目录下。 Yaffs2 是一个快速稳定的应用于NAND 和 NOR Flash 的跨平台的嵌入式设备文件系统，同其他Flash 文件系统相比，Yaffs2 使用更小的内存来保存他的运行状态，因此它占用内存小； Yaffs2 的垃圾回收非常简单而且快速，因此能达到更好的性能；Yaffs2 在大容量的 NAND Flash 上性能表现尤为明显，非常适合大容量的Flash 存储。Android 内核添加或修改的文件很多，下面的列表描述了Android Emulator 内核的文件：drivers/misc/kernel_debugger.c drivers/misc/pmem.c drivers/misc/qemutrace/qemu_trace_sysfs.c drivers/misc/qemutrace/qemu_trace.c drivers/misc/qemutrace/qemu_trace.h drivers/misc/uid_stat.c drivers/staging/android/lowmemorykiller.c drivers/staging/android/logger.c drivers/staging/android/timed_output.h drivers/staging/android/ram_console.c drivers/staging/android/timed_gpio.c drivers/staging/android/logger.h drivers/staging/android/binder.h drivers/staging/android/binder.c drivers/staging/android/timed_output.c drivers/staging/android/timed_gpio.h drivers/rtc/alarm.c drivers/rtc/rtc-goldfish.c drivers/net/pppolac.c drivers/net/ppp_mppe.c drivers/net/pppopns.c drivers/video/goldfishfb.c drivers/switch/switch_class.c drivers/switch/switch_gpio.c drivers/char/dcc_tty.c drivers/char/goldfish_tty.c drivers/watchdog/i6300esb.c drivers/input/misc/gpio_event.c drivers/input/misc/gpio_input.c drivers/input/misc/gpio_output.c 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - drivers/input/misc/keychord.c drivers/input/misc/gpio_axis.c drivers/input/misc/gpio_matrix.c drivers/input/keyreset.c drivers/input/keyboard/goldfish_events.c drivers/input/touchscreen/synaptics_i2c_rmi.c drivers/usb/gadget/android.c drivers/usb/gadget/f_adb.h drivers/usb/gadget/f_mass_storage.h drivers/usb/gadget/f_adb.c drivers/usb/gadget/f_mass_storage.c drivers/mmc/host/goldfish.c drivers/power/goldfish_battery.c drivers/leds/ledtrig-sleep.c drivers/mtd/devices/goldfish_nand_reg.h drivers/mtd/devices/goldfish_nand.c kernel/power/earlysuspend.c kernel/power/consoleearlysuspend.c kernel/power/fbearlysuspend.c kernel/power/wakelock.c kernel/power/userwakelock.c kernel/cpuset.c kernel/cgroup_debug.c kernel/cgroup.c mm/ashmem.c include/linux/ashmem.h include/linux/switch.h include/linux/keychord.h include/linux/earlysuspend.h include/linux/android_aid.h include/linux/uid_stat.h include/linux/if_pppolac.h include/linux/usb/android.h include/linux/wifi_tiwlan.h include/linux/android_alarm.h include/linux/keyreset.h include/linux/synaptics_i2c_rmi.h include/linux/android_pmem.h include/linux/kernel_debugger.h include/linux/gpio_event.h include/linux/wakelock.h include/linux/if_pppopns.h net/ipv4/sysfs_net_ipv4.c net/ipv4/af_inet.c 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - net/ipv6/af_inet6.c net/bluetooth/af_bluetooth.c security/commoncap.c fs/proc/base.c Android 内核配置Android 是基于Linux 的 ， 对于一个新的设备，我们首先要编译一个支持Android 的Kernel ，那么如何使 你的Kernel Android 化呢？除了要移植前面提到的驱动之外，就是如何配置你的Kernel 来支持Android 平台，这可以参考Goldfish 的内核配置文件- arch/arm/configs/goldfish_defconfig 。一般来说，我们会基于一个平台标准内核配置选项来配置Android 内核，你可以根据具体的硬件平台来选择Android 内核的配置选项，可以参考下面的Android 内核配置列表：一般需要支持的内核选项ANDROID_PARANOID_NETWORK ASHMEM CONFIG_FB_MODE_HELPERS CONFIG_FONT_8x16 CONFIG_FONT_8x8 CONFIG_YAFFS_SHORT_NAMES_IN_RAM DAB EARLYSUSPEND FB FB_CFB_COPYAREA FB_CFB_FILLRECT FB_CFB_IMAGEBLIT FB_DEFERRED_IO FB_TILEBLITTING HIGH_RES_TIMERS INOTIFY INOTIFY_USER INPUT_EVDEV INPUT_GPIO INPUT_MISC LEDS_CLASS LEDS_GPIO LOCK_KERNEL LkOGGER LOW_MEMORY_KILLER MISC_DEVICES NEW_LEDS NO_HZ 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - POWER_SUPPLY PREEMPT RAMFS RTC_CLASS RTC_LIB SWITCH SWITCH_GPIO TMPFS UID_STAT UID16 USB_FUNCTION USB_FUNCTION_ADB USER_WAKELOCK VIDEO_OUTPUT_CONTROL WAKELOCK YAFFS_AUTO_YAFFS2 YAFFS_FS YAFFS_YAFFS1 YAFFS_YAFFS2 但是 Android 推荐不要支持下面两个功能：CONFIG_YAFFS_DISABLE_LAZY_LOAD DNOTIFY 配置好后，就可以用Toolchain 来编译内核了。编译内核比较简单，以Emulator 的 kernel 为例：- git clone git:/android.kernel.org/kernel/common.git kernel-emulator - cd kernel-emulator - export ARCH=arm - export CROSS_COMPILE=arm-eabi- - export PATH= PATH - make goldfish_defconfig - make Google 对 2.6.25 内核里做了什么改动呢？有家公司专门比较了标准内核和android 内核，发现google 修改了75 个文件，增加了 88 个文件。改公司还对这些被修改的和新增的文件做了注解。Goldfish - 44 Files Android 模拟器运行了一个被google 叫做 “ 金鱼 的虚拟CPU. 金鱼运行arm926t 指名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 令集（ arm926t 是属于armv5 架构） ；并且仿真了输入输出：比如键盘输入和LCD 输出。这个模拟器其实是在qemu 之上开发的，输入输出基于libSDL. 内核里这个Goldfish 接口实现了这个虚拟“ 金鱼”CPU 的一些接口，如果想在真实设备上运行android, 这些接口肯定要去掉的。arm926ej 的介绍见http:/ YAFFS2 - 35 Files 不同于 PC 机，文件是存储在硬盘上的；手机使用FLASH 作为存储介质。HTC 的 G1 使用 NANDFLASH这中存储目前已经相当普及了, 而且种类也颇多，(SLC,MLC 等等） ，存储密度也越来越高（已经出现几十G 大小的NANDFLASH) ，价格也越来越低。YAFFS2 是专门用在FLASH 上的文件系统， “YAFFS2” 是 Yet Another Flash File System, 2nd edition 的缩写。 YAFFS2 为 Linux 内核提供了一个高效访问NANDFLASH 的接口。但是NANDFLASH 的支持并不包含在标准的2.6.25 内核中，所以Google 在其中添加了对 NANDFLASH 的支持。蓝牙- 10 files 在蓝牙通讯协议栈里Google 修改了10 个文件。 这些改动解决了一些跟蓝牙耳机相关的明显的bug ，以及一些蓝牙调试和访问控制相关的函数。调度器- 5 files Android 内核还修改了进程调度和时钟相关策略，这个改动就比较深入了。其目的和效果估计在一段时间后才能找到。为 android 新增的功能- 28 files 除了修正一些bug 以及其他的改动，android 还增加了一些新的“ 子系统” ，这些系统都比较重要。IPC Binder IPC Binder 是一种IPC( 进程间通信）机制。它是的进程能够为其他进程提供服务还是通过标准的linux 系统调用api 。 IPC Binder 的概念起源于一家叫做“ Be.Inc 的公司，在 Google 之前就已经被然后被用到Palm 软件里去了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - Low Memory Killer 其实内核里已经有一个类似的功能，叫做 oom killer, 就是out of memory killer, 当内存不够的时候，改策略会试图结束一个进程。不知道为什么Google 重新实现了这个策略。Ashmem Ashmem,全程Anonymous SHared MEMory, 翻译成中文就是匿名共享内存。这个功能使得进程间能够共享大块的内存。比如说，系统可以使用Ashmem 保存一些图标，多个应用程序可以访问这个共享内存来获取图标。Ashmem 为内核提供了一种回收这些使用完的共享内存块的办法, 如果一个进程试图访问这些已经被回收的内存块，它将会得到错误的返回值，以便它重新进行内存块分配和数据初始化。RAM Console and Log Device 为了调试方便，Android 添加了一个功能，使得调试信息可以输入到一个内存块中。此外，Android 添加了一个独立的日志模块，这样用户空间的进程能够读写日志消息，调试打印信息等。Android Debug Bridge 嵌入式设备的调试的确比较麻烦。为了便于调试，google 设计了这个调试工具，可以叫做ADB ， 使用USB 作为连接方式,ADB 可以看作是链接android 的设备和PC 机的一套协议。Android 还添加了其他的东西，比如real-time clock, switch ， timed GPIO 。Power Management - 5 files 电源管理对于移动设备来说相当重要，也是最复杂，开发难度最高的一个功能。Google 添加了一个新的电源管理系统，并没有原先apm,dpm 等。其他修改- 36 files 除了上述改动之外， 还有一些小改动， 比如新增的额外的调试功能，键盘背光控制， TCP 网络管理等等，共涉及36 个文件。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 根 据 上 述 ， google 对 标 准 的 内 核 做 了 很 大 的 改 动 。 相 比 其 他 的 项 目 ， 比 如Nokia N810,Openmoko 等项目中，内核的改动仅仅是增加了某个平台的支持。所以移植最快也是最可能的办法是在google 使用的kernel 上增加平台支持。也有一些开发人员将google 对 2.6.25 内核的改动做成补丁，直接打在自己开发的内核上当然，自己的内核也应该是2.6.25 ，否则会出问题。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -