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-- 發(fā)布時間：2010-12-2 10:27:17
-- Android 系統(tǒng)架構(gòu)
前言
在Apple iPhone引起了廣大群眾和業(yè)界對於高階行動裝置應(yīng)用的注目，另外也在市面上掀起了一陣波瀾。 從許多角度觀看iPhone，iPhone可以說是一個銷售不錯的單一產(chǎn)品。 然而iPhone能否持續(xù)熱潮也是相當(dāng)值得注意的事。 而Microsoft一直有著自己的手持式平臺Windows CE/Mobile與相關(guān)的合作夥伴。在這塊市場上目光也集中在另一個軟體巨頭-Google，對於Google在這塊市場的後續(xù)行動，或許iPhone的炒作起了作用，iPhone單一產(chǎn)品的思維讓人們一直不斷地傳言Google將類似Apple iPhone也推出自己的手機終端產(chǎn)品gPhone。 甚至有人對於該預(yù)期存在的gPhone的
產(chǎn)品規(guī)劃和網(wǎng)路應(yīng)用方面，都有相當(dāng)?shù)念A(yù)測。而在2007年11月，Google公布了Android計劃，一方面映證了Google確實對於Mobile
Device有著長久的計劃和行動，一方面也否定了gPhone這樣單一的產(chǎn)品存在。如預(yù)期的網(wǎng)路上出現(xiàn)了許多關(guān)於Android的評論，綜觀這些評論，
有的是淺嘗即止，有的是過於聚焦在技術(shù)層面的政治爭議，不然就是忽略了平臺技術(shù)在應(yīng)用上的影響和差異差異而大放市場策略的預(yù)測，更甚者拿著現(xiàn)有的
Android
Emulator說著不知所以的說著gPhone抄襲iPhone的UI的可笑話。本文希望從系統(tǒng)和技術(shù)層面上探討Android對於應(yīng)用層面的影響，或
許透過對於Android正確的認(rèn)知，可以對於市場策略上的分析能有更正確的判斷。
Just Another Mobile Linux Platform?
乍看之下Android只是個有如OpenMoko/MobiLin/GreenPhone等眾多開放式手持Linux平臺的一個，並沒有甚麼特別之處，然而進(jìn)一步了解之後，就不難了解Android 平臺在系統(tǒng)建構(gòu)上獨到的設(shè)計。可以說Android重點並不在於Linux，而Android專案採用了這樣的組合，在整體規(guī)劃上考量了相當(dāng)廣的的層面，自個人/第三方軟體開發(fā)，系統(tǒng)開發(fā)建構(gòu)，實際應(yīng)用性到系統(tǒng)平臺開放性。 而Android 計劃除了制定了系統(tǒng)架構(gòu)外，還針對這個平臺提供了完善的軟體開發(fā)工具與環(huán)境，在IDE上採用了開放式開發(fā)平臺 Eclipse，在該IDE 上建構(gòu)了Android 專屬的plugin。 另外還以自由軟體QEMU為基礎(chǔ)提供了Android平臺專屬的Emulator，讓個人/第三方軟體商迅速開發(fā)軟體，無需依靠實際硬體開發(fā)軟體。
Application/Application Framework
對於開發(fā)者而言，開發(fā)Linux Mobile/Embedded 軟體時，多半採用C/C++做為軟體開發(fā)語言，由於C/C++目前的開發(fā)工具與底層硬體平臺有相當(dāng)?shù)南嚓P(guān)性，因此首先遭遇到的問題是cross-tool chain的使用和開發(fā)環(huán)境的架設(shè)，再來就是每個Mobile Linux組織所制定出不同的embedded linux平臺有相當(dāng)迥異的system architecture/runtime environment，而各組織所提供的軟體開發(fā)環(huán)境，也並不如Win CE/Mobiles單一系統(tǒng)一般有一致的架構(gòu)及API，更不用說對於硬體平臺的多樣性更有著軟體相容性的問題，因此即便API能做到有如Windows CE/Mobiles一般的一致，在各種硬體平臺(ex:ARM/MIPS/PowerPC..)也無法建立單一且能夠相容且運作的binary，相較於在現(xiàn)在以x86為主要硬體平臺的開發(fā)環(huán)境，行動裝置硬體平臺的多樣性對於軟體開發(fā)和使用性上無疑增添了不少硬體限制，而Java軟體雖能夠解決這方面的問題，然而Java因為設(shè)計上的緣故，在應(yīng)用性上更為侷限。在這方面Android很特別的，採用了Java Language來做為App的撰寫語言。 採用Java語言的好處相當(dāng)多，物件導(dǎo)向語法相較於常用的C語言更便於GUI Programming Model的建置，另一方面Java開發(fā)及執(zhí)行環(huán)境的建構(gòu)在Desktop 上相當(dāng)容易，參考文件的維護(hù)也較為容易，而且Java相關(guān)的開發(fā)工具已經(jīng)很齊全且成熟，再者Java所制定的bytecode，沒有所需要對應(yīng)平臺的問題。儘管最後在Android平臺上執(zhí)行的並非Java bytecode ，而是自有的dex 格式，然而dex 格式也有如Java bytecode般取決於VM的實作，而VM的角色在Android平臺終適度的隱藏了底層硬體的差異。
Runtime Environment - Libraries & Dalvik VM
在Rutime方面的library層面上，為了提供基本且標(biāo)準(zhǔn)的功能，Android 還是針對平臺的執(zhí)行環(huán)境制定了一套標(biāo)準(zhǔn)的C/C++ Library set，從現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)模組看來，主要是針對網(wǎng)路/多媒體/GUI以及安全性提供底層的實作，值得注意的是在此Android特別將OpenGL ES/SQLite的納入，使得系統(tǒng)對於3D/資料庫有著標(biāo)準(zhǔn)支援。而儘管平臺上有著C/C++ libraries，這部分並不讓開發(fā)者在開發(fā)軟體時直接地使用，C/C++libraries在使用上還是間接地透過上層的Application Framework，並且透過Virtual Machine(VM)使用類似Java JNI技術(shù)來橋接 libraries 與 VM的運行。 由於軟體開發(fā)上使用了Java Language，若要使用Java VM這對於一般使用者與開發(fā)者而言難免存在著應(yīng)用性相當(dāng)侷限，執(zhí)行效率不佳，系統(tǒng)資源需求過高，以及Java ME授權(quán)等問題的存在。 為了解決上述這些問題，Google 特地實作了Dalvik VM，Dalvik並非是Java VM，因此所執(zhí)行的也並非是bytecode，目前需要依靠轉(zhuǎn)換工具將Java bytecode轉(zhuǎn)為Dalvik VM執(zhí)行時特有的dex(Dalvik EXcutable)格式。Dalvik VM相較於Java VM最大的不同在於Java VM為Stack-based，而Dalvik是register-based。 以技術(shù)層面考量Register-based VM的特性有個很大的好處，那就是對於現(xiàn)有主流的硬體架構(gòu)，如此很容易與現(xiàn)有系統(tǒng)整合且最佳化，而所需要的資源也相對較少。 甚至在硬體實作VM上會比較容易實現(xiàn)。 最重要的是Dalvik 並非是Java ME的實作，因此沒有Java ME授權(quán)相關(guān)的議題。 由android目前的介紹可以看出Dalvik目前實作在Linux 平臺[2]，僅依靠Linux kernel作低階動作與memory management。
而從這一點的延伸更可以看出Android平臺中的重點為負(fù)責(zé)執(zhí)行層面的Dalvik
VM而非Linux，也因此Linux在Android平臺中所扮演的角色並非是舉足輕重的主角，也可以想見Google採用Linux的原因是
Linux本身所具有的自由開放的特性，而另外在手持式裝置中Linux已經(jīng)具有相當(dāng)質(zhì)量的軟體開發(fā)資源，另外就是VM的使用，考量到的就是軟體在各式硬
體上的通用性，所以對於有些人猜測Android最後還是會開放C/C++
API供開發(fā)者使用，若是如此，Android就失去了最大的特點，與LiMo/OpenMoko之類的Mobile
Linux平臺無異，所以這是太不可能發(fā)生的。既然採用了VM的方式，這麼一來，Dalvik
VM在其他平臺上建構(gòu)也不無可能，或許這樣的推敲或許也能合理解釋在Open Handset Alliance成員中有著長期耕耘Windows
Mobile平臺的HTC在列。
Eclipse IDE + Android Emulator
針對特定平臺提供完善的開發(fā)/除錯工具，以及整合式的開發(fā)環(huán)境是開發(fā)行動應(yīng)用軟體的另一個困難點，針對此點Google為Android平臺開發(fā)了一系列的開發(fā)/偵除錯工具。 一系列的工具中最引人注目的莫過於Eclipse ADT-plugin和Android Emulator。現(xiàn)今，獨立的IDE軟體開發(fā)需要投注相當(dāng)多的人力和時間，因此以提供eclipse plug-in的方式來達(dá)到提供完善的IDE目的，對於許多開放專案或商業(yè)產(chǎn)品而言，這樣的作法已經(jīng)是首選。 而提供Emulator更可以解決在軟體開發(fā)階段對於硬體平臺需求的問題。 從Android Emulator的程式碼[3]看來是以QEMU為基礎(chǔ)，延伸打造了該Emulator，功能上除了一些無法以軟體模擬的功能外(USB連線，SD 插拔，Audio-In，Camera，電池/AC狀態(tài)…等等)，甚至許多的偵錯功能是與Emulator環(huán)境整合的(有興趣的話可以下載SDK和Eclipse ADT來玩，在Eclipse上所開發(fā)的程式可以很直接地輸出到Emulator上執(zhí)行，無需製作image或是安裝)，在硬體模擬程度上相當(dāng)?shù)娜妗Ｔ陂_發(fā)工具上，Android透過QEMU/Eclipse的方式，以很務(wù)實簡單的作法達(dá)到了這樣的目的。Google在Android平臺上大量採用了開放和自由的軟體，不害怕公開程式或視之為洪水猛獸，這樣的作法相較於Symbian/ PalmOS/ Windows Mobile而言，宣告了軟體上的高價值不在於封閉進(jìn)而販賣程式碼和SDK工具本身，透過採用開放/自由軟體的力量，更能加速達(dá)到目的和增加自身的價值。
Java的美麗與哀愁 - Dalvik所引來技術(shù)上的政治爭議
這個部分寫的有點長，是個人看了一些討論後的想法，沒有興趣的話請?zhí)^。在Android平臺採用Java語言做為程式開發(fā)語言的同時，提出了
Dalvik
VM。這樣的舉動引起最廣泛探討的是：Android是否分裂了Java。在討論這樣的問題之前，或許該討論Java本身的問題，在這裡個人提供另一個思
考觀點，Sun在Java的提出之後，一度曾經(jīng)想過將Java交由ISO標(biāo)準(zhǔn)化，然而或許是透過JCP對於Java在各應(yīng)用上制定的完全主導(dǎo)，讓Sun由
Java在各方面確實地獲得了相當(dāng)?shù)睦妫约幢忝鎸icrosoft提出.NET這樣對於許多人而言美好又開放的平臺的挑戰(zhàn)，長久以來Sun還是一
直以相同的論調(diào)來否決開放Java這個語言，而這個論調(diào)就是："這會分裂Java"。從Java的出現(xiàn)，在軟體開發(fā)的歷史上確實有著相當(dāng)?shù)囊饬x，然而
Java的提出到現(xiàn)在經(jīng)過的時間並不算短，即便是歷史最悠久的Java
SE在現(xiàn)今Desktop應(yīng)用上還是相當(dāng)侷限，這樣的結(jié)果或許可以去檢討的是，或許Java淪落到現(xiàn)今這樣的局面是Sun自己導(dǎo)致的。多年來Sun封閉了
Java讓Java只在他們允許的方式下運作，在bytecode + stack
VM低落的效能和反應(yīng)下，多少開發(fā)者期望能用Java語言開發(fā)原生(Native)程式，而又有多少開發(fā)者在AWT/
Swing這樣既具有難以有效駕馭的UI
Model而且又與系統(tǒng)本身的Look&Feel格格不入的情況下充滿挫折，更不用說許多難以理解的各種不實用的應(yīng)用Framework
(ex: JMF/Java3D). 而這許多問題當(dāng)人們嘗試自己解決而提出不錯的方案，像是GCJ 和 Eclipse
SWT，換得的是Sun的無視或敵對。而許多的方案換得的是:
"Java已經(jīng)有了XXX，這樣的做法會分裂Java"。這麼一句總是出現(xiàn)的話，到底是不是因為它本身真的很有道理？至少Sun
達(dá)到目的了，與Java扯上的問題第一個被討論的總是"它會不會分裂Java？"，Sun這麼多年來是否有心改進(jìn)Java？這個問題或許Sun應(yīng)該捫心自
問，在人們對於Java在應(yīng)用上的各種需求的改進(jìn)有所要求的同時，Sun對於Java是否真的針對貼近人們本質(zhì)需求而改進(jìn)？檢視過去Sun
到底做了甚麼，在"分裂Java"這樣的保護(hù)傘下，原本大好前程的Java又改進(jìn)了甚麼？這樣一來"Android是否分裂了Java？"是對於問題的一
箭中的還是只是長年來受到的刺激的反射式思考？Android計劃中Dalvik
VM的出現(xiàn)不妨視之為軟體開發(fā)演進(jìn)中的必然，一方面Google從沒宣稱說這是Java，而現(xiàn)今也有其他程式語言能夠開發(fā)在Dalvik
VM上運作的軟體。如果Sun的Java做的夠好Dalvik可能就只是Java的次世代技術(shù)。Dalvik
VM的問題點或許只是在於扯上了Java而不在於他是個VM，在不同的Instruction Set上用Java語言開發(fā)程式，在GCJ/.Net
iKVM出現(xiàn)的同時就已經(jīng)被證明了，如果這算分裂Java，那這件事一直因為人們的需求而發(fā)生。軟體開發(fā)或許就如同電影侏儸紀(jì)公園中所說的"Life
will find its
way."，更不用說開發(fā)軟體的是人，程式開發(fā)者總是期盼有更好的系統(tǒng)架構(gòu)和方案。在相容性的保護(hù)問題上，在網(wǎng)路上有人問過"為何沒有人有勇氣對
Google詢問他們對OpenJDK的質(zhì)疑"，或許人們該想想Sun用了這麼多的手段去控制Java的演進(jìn)，卻無法自己提出Dalvik，那麼
Google這麼做除了保障平臺的相容性又何能控制全球的人們往更好的應(yīng)用方向發(fā)展？另外許多軟體廠商(Ex: Trolltech)
說了"Google不過是制定了另一套Java"，這樣的說法某些層面上是對的，但是對於由這些人說出的這些話，姑且以Android計劃會妨礙他們的產(chǎn)
品(Ex
topia/Jambi)的銷售這樣的想法而一笑置之。
說了這麼多，那Android到底是甚麼?
總結(jié)上述歸納幾點:
1. Android是個軟體平臺，讓人們可以開發(fā)軟體。這代表拿Apple iPhone與之相比，不只是不對等，更凸顯出iPhone的譁眾取寵和Apple的短視無力(SDK原本是不打算開放的), 拿iPhone與Android現(xiàn)有UI相較更是可笑的舉動.
2. 和以往的Mobile平臺不同的是，Android的設(shè)計讓它在採用VM得到類似Java
bytecode在不同硬體平臺的相容性的同時，VM對於底層硬體平臺貼近的設(shè)計能夠依然保有相當(dāng)不錯的效能。相較於Windows
Mobile限定使用ARM CPU, 其他Mobile Linux平臺則僅止制定了API層次的一致的作法，Android 算是有突破性的作法。
3. 現(xiàn)在的Android是Linux平臺，不過由於Android的核心在於上述的VM實作，這代表未來底層軟體平臺也或許是可以轉(zhuǎn)換的(甚至是Desktop)。目前缺乏詳細(xì)Dalvik VM實作細(xì)節(jié)這項目純屬猜測。