第1章 建立Android系统开发环境 1
1.1 安装操作系统 1
1.1.1 安装方式的选择 1
1.1.2 下载和安装Ubuntu 1
1.1.3 使用Ubuntu遇到的问题 2
1.2 安装开发包 3
1.2.1 安装JDK 1.6 3
1.2.2 安装OpenJDK 1.7 4
1.2.3 安装编译需要的开发包 4
1.3 安装一些有用的工具 4
1.3.1 安装Android SDK 4
1.3.2 安装Android Studio 4
1.3.3 安装Source Insight 5
1.3.4 安装比较工具Meld 5
1.4 下载源码 5
1.4.1 Git and Repo简介 5
1.4.2 源码版本历史 6
1.4.3 下载Android源码 7
1.4.4 下载Kernel源码 8
第2章 Android的编译环境——Build系统 10
2.1 Android Build系统核心 10
2.1.1 编译环境的建立 11
2.1.2 Build相关的环境变量 14
2.1.3 Build系统的层次关系 15
2.1.4 分析main.mk文件 17
2.1.5 Build系统的编译目标介绍 20
2.1.6 分析config.mk文件 22
2.1.7 分析product_config.mk文件 24
2.1.8 Android 5.0中的64位编译 26
2.2 Android的产品配置文件 27
2.2.1 分析hammerhead的配置文件 27
2.2.2 编译类型eng、 user和userdebug 31
2.2.3 产品的Image文件 32
2.2.4 如何加快编译速度 33
2.2.5 如何编译Android的模拟器 34
2.3 编译Android的模块 34
2.3.1 模块编译变量简介 35
2.3.2 常用模块定义实例 36
2.3.3 预编译模块的目标定义 37
2.3.4 常用“LOCAL”变量 39
2.4 Android中的签名 40
2.4.1 Android应用签名方法 41
2.4.2 Android系统签名介绍 43
2.4.3 Android签名漏洞分析 44
第3章 连接Android和Linu内核的桥梁——Android的Bionic 46
3.1 Bionic简介 46
3.1.1 Bionic的特性 46
3.1.2 Bionic中的模块简介 49
3.2 Bionic C库中的系统调用 50
3.2.1 系统调用简介 50
3.2.2 系统调用的实现方法 51
3.3 Bionic中的内存管理函数 52
3.3.1 系统调用brk和mmap 52
3.3.2 内存分配器——dlmalloc简介 53
3.3.3 dlmalloc函数用法指南 54
3.4 管道 57
3.4.1 匿名管道PIPE和命名管道FIFO 57
3.4.2 匿名管道的使用方法 58
3.5 Bionic中的线程管理函数 59
3.5.1 Bionic线程函数的特性 59
3.5.2 创建线程和线程的属性 59
3.5.3 退出线程的方法 61
3.5.4 线程本地存储TLS 62
3.5.5 线程的互斥量（Mutex）函数 63
3.5.6 线程的条件量（Condition）函数 65
3.6 Futex同步机制 66
3.6.1 Futex的系统调用 66
3.6.2 Futex的用户态操作 67
3.6.3 Mutex类使用Futex实现同步 68
3.7 Android的Log模块 68
3.7.1 Android Log系统的架构 69
3.7.2 Log系统的接口和用法 70
3.7.3 Log系统的实现分析 71
3.8 可执行文件格式分析 75
3.8.1 ELF格式简介 75
3.8.2 ELF文件头格式 76
3.8.3 程序头部表 77
3.8.4 与重定位相关的“节区”的信息——DYNAMIC段 79
3.8.5 函数的重定位过程 81
3.9 Bionic中的Linker模块 84
3.9.1 可执行程序的装载 84
3.9.2 可执行程序的初始化 85
3.9.3 Linker装载动态库 87
3.10 调试器——Ptrace和Hook API 91
3.10.1 ptrace函数简介 91
3.10.2 Hook API的原理 92
3.10.3 利用ptrace实现Hook API 93
第4章 进程间通信——Android的Binder 98
4.1 Binder简介 98
4.1.1 Binder对象定义 98
4.1.2 Binder的架构 99
4.1.3 组件Service和匿名Binder服务 100
4.1.4 Binder的层次 101
4.2 如何使用Binder 102
4.2.1 使用Binder服务 102
4.2.2 Binder的混合调用 102
4.2.3 用Jave开发Binder服务 103
4.2.4 用C+++开发Binder服务 104
4.3 Binder应用层的核心类 106
4.3.1 IInterface中的两个宏 106
4.3.2 Binder核心类的关系 107
4.3.3 函数asInterface的奥秘 109
4.3.4 Binder的“死亡通知” 110
4.3.5 Jave层的Binder类 111
4.4 Binder的实现原理 115
4.4.1 Binder的线程模型 115
4.4.2 Binder对象的传递 119
4.4.3 分析IPCThreadState类 122
4.5 Binder驱动 126
4.5.1 应用层和驱动的消息协议 126
4.5.2 Binder驱动分析 129
4.5.3 Binder的内存共享机制 130
4.5.4 驱动的ioctl操作 131
4.5.5 Binder调用过程 133
4.5.6 处理传递的Binder对象 138
4.6 解析名称的模块——ServiceManager的作用 140
4.6.1 ServiceManager的架构 141
4.6.2 ServiceManger提供的服务 143
4.7 匿名共享内存ashmem 146
4.7.1 ashmem的作用和用法 146
4.7.2 ashmem驱动的实现原理 148
4.7.3 ashemem驱动的代码分析 149
4.7.4 进程间传递文件描述符 152
第5章 连接Java和C/C+层的关键——Android的JNI 154
5.1 JNI的作用 154
5.2 JNI用法介绍 154
5.2.1 从Java到C/C+++ 154
5.2.2 从C/C+++到Java的调用 158
5.3 JNI环境 160
5.3.1 结构体JNIEnv 160
5.3.2 JNIEnv的创建和初始化 162
5.3.3 JNI中的异常处理 163
5.3.4 JNI中的引用 164
5.3.5 指明错误位置——“CheckJNI”的作用 165
5.4 ART带来的JNI变化 165
5.4.1 垃圾回收的影响 165
5.4.2 错误处理的变化 166
5.4.3 堆栈可能引发的问题 166
第6章 Android的同步和消息机制 167
6.1 原子操作 167
6.1.1 Android的原子操作函数 167
6.1.2 原子操作的实现原理 168
6.1.3 内存屏障和编译屏障 169
6.2 Android native层的同步方法 171
6.2.1 互斥体Mutex和自动锁Autolock 171
6.2.2 解决线程同步——条件类Condition 173
6.3 Android Java层的同步机制 174
6.3.1 同步关键字synchronized 174
6.3.2 Object类在同步中的作用 175
6.4 Android的消息机制 176
6.4.1 消息模型 177
6.4.2 理解Looper类 178
6.4.3 理解Handler类 180
6.4.4 消息的同步——Message类的setAsynchronous（）方法 181
6.4.5 分析MessageQueue类 182
6.5 进程间的消息传递 186
6.5.1 理解Messenger类 187
6.5.2 建立通信通道——AsyncChannel类的作用 187
第7章 第一个用户进程——Android的Init进程 192
7.1 Init进程的初始化过程 194
7.1.1 main函数的流程 194
7.1.2 启动Service进程 199
7.2 解析启动脚本init.rc 202
7.2.1 init.rc文件格式介绍 202
7.2.2 Init脚本的关键字定义 203
7.2.3 脚本文件的解析过程 205
7.2.4 Init中启动的守护进程 210
7.3 Init进程对信号的处理 212
7.3.1 “僵尸”（Zombie）进程介绍 212
7.3.2 初始化SIGCHLD信号 212
7.3.3 响应子进程死亡事件 213
7.4 属性系统 215
7.4.1 属性系统介绍 216
7.4.2 创建属性系统的共享空间 218
7.4.3 初始化属性系统的值 219
7.4.4 用户进程初始化属性系统 220
7.4.5 响应修改属性的请求 221
7.5 守护进程ueventd介绍 222
7.5.1 ueventd的初始化 223
7.5.2 内核和用户空间交换信息——Netlink Socket简介 224
7.5.3 创建设备节点文件 225
7.6 “看门狗”watchdogd介绍 227
第8章 支撑Android世界的一极——Zygote进程 229
8.1 Zygote简介 229
8.2 Zygote进程的初始化 229
8.2.1 app_porcess的main函数 230
8.2.2 启动虚拟机——AndroidRuntime类 233
8.2.3 启动虚拟机 234
8.2.4 初始化工作——ZygoteInit类 236
8.3 Zygote启动应用程序 237
8.3.1 注册Zygote的socket 237
8.3.2 请求启动应用 238
8.3.3 处理启动应用的请求 239
8.3.4 Fork应用进程 240
8.3.5 子进程的初始化 241
8.4 预加载系统类和资源 244
8.4.1 预加载Java类 244
8.4.2 preload-classes文件 245
8.4.3 预加载系统资源 247
8.4.4 预加载共享库 247
第9章 精确地控制资源的使用——Android的资源管理 248
9.1 资源系统简介 248
9.1.1 缺省资源和候选资源 248
9.1.2 常用术语和单位 248
9.1.3 资源类型 249
9.1.4 系统资源定义 250
9.2 Android资源的制作 252
9.2.1 资源的存储目录 252
9.2.2 候选资源目录的命名规则 253
9.2.3 资源匹配算法 255
9.3 Android资源的使用 256
9.3.1 常规的资源使用方法 256
9.3.2 使用公开和非公开资源 257
9.3.3 图片资源的缩放问题 258
9.4 Android资源管理的实现原理 260
9.4.1 Resources类的作用 260
9.4.2 AssetManager类的作用 263
9.4.3 理解AssetManager的设计 265
9.5 全新的设计语言——Android 5.0的Material Design 270
9.5.1 Material Design的设计原则 271
9.5.2 Material主题 271
9.5.3 View的阴影 272
第10章 Android系统的核心之——SystemServer进程 274
10.1 SystemServer的创建过程 274
10.1.1 创建SystemServer进程 274
10.1.2 SystemServer初始化 276
10.1.3 SystemServer的服务大全 279
10.2 SystemServer中的Watchdog 281
10.2.1 启动Watchdog 281
10.2.2 Watchdog监控的服务和线程 282
10.2.3 Watchdog监控的原理 283
第11章 APK包的安装、卸载和优化——Android的应用管理 287
11.1 了解PackageManagerService 288
11.1.1 理解Packages.xml和Settings类 289
11.1.2 服务的初始化过程 291
11.1.3 处理permission文件 298
11.1.4 扫描应用目录的过程 300
11.1.5 解析APK文件 304
11.2 安装应用 306
11.2.1 管理“安装会话”——PackageManagerInstaller Service 306
11.2.2 应用安装第一阶段：复制文件 307
11.2.3 应用安装第二阶段：装载应用 313
11.3 系统运行时的应用管理 316
11.3.1 卸载应用 316
11.3.2 通过Intent查询组件 318
11.4 守护进程installd 320
11.4.1 installd的初始化 320
11.4.2 变更installd进程的权限 321
11.4.3 installd中支持的命令 322
11.4.4 分析install（安装）命令 323
11.4.5 分析patchoat（优化）命令 324
11.4.6 分析movefiles（移动）命令 326
第12章 Android的组件管理 327
12.1 应用进程的组成 327
12.1.1 ApplicationThread的作用 328
12.1.2 理解应用的Context 329
12.1.3 Application类 330
12.2 Android框架的核心——ActivityManagerService服务 332
12.2.1 ActivityManagerService的初始化 333
12.2.2 理解setSystemProcess（）方法 334
12.2.3 理解systemReady（）方法 335
12.3 Process管理 339
12.3.1 如何启动进程 339
12.3.2 调整进程的位置 341
12.3.3 ProcessList的常量 343
12.3.4 调整进程的oom adj值 344
12.4 Activity管理 347
12.4.1 Activity的生命周期 347
12.4.2 理解Intent 348
12.4.3 Task和LauncherMode 349
12.5 应用的启动过程 352
12.5.1 启动Activity 352
12.5.2 resumeTopActivities Locked方法 355
12.5.3 ActivityThread的main方法 357
12.5.4 AM S的attachApplication方法 358
12.5.5 应用的handleBind Application方法 360
12.6 Service管理 361
12.6.1 Service的生命周期 362
12.6.2 理解Service的管理类 363
12.6.3 Service的启动过程 363
12.7 提供数据的访问——ContentProvider管理 368
12.7.1 理解ContentProvider 368
12.7.2 获取ContentProvider 370
12.7.3 应用中安装Content Provider 373
12.7.4 发布ContentProvider 375
12.8 广播——BroadcastReceiver管理 376
12.8.1 理解BroadcastReceiver 377
12.8.2 广播的种类 378
12.8.3 广播的数据结构 378
12.8.4 广播的注册过程 380
12.8.5 广播的发送过程 381
第13章 Android的多用户模式 388
13.1 管理用户的系统服务——UserManagerService服务 388
13.1.1 初始化 388
13.1.2 用户的UserInfo定义 389
13.1.3 用户限制（Restriction） 390
13.1.4 添加用户 391
13.1.5 删除用户 393
13.1.6 Guest用户 395
13.2 PackageManagerService和多用户 395
13.2.1 创建用户的应用数据 395
13.2.2 删除用户的应用数据 396
13.3 ActivityManagerServier和多用户 396
13.3.1 用户的状态 397
13.3.2 切换当前用户 397
13.3.3 停止用户运行 401
第14章 Android的图形显示系统 404
14.1 画布——理解Surface 404
14.1.1 应用中Surface的创建过程 404
14.1.2 WMS中Surface的创建过程 406
14.1.3 单实例模式——ComposerService的作用 410
14.1.4 SurfaceFlinger中创建Surface 411
14.1.5 管理图像缓冲区 414
14.1.6 创建GraphicBuffer对象 417
14.2 图像显示原理 421
14.2.1 Project Buffer简介 421
14.2.2 VSync信号的生成 424
14.2.3 Framebuffer的工作原理 426
14.2.4 分配图像缓冲区的内存 429
14.3 SurfaceFlinger服务 433
14.3.1 SurfaceFlinger的启动过程 433
14.3.2 消息和事件分发——MessageQueue和EventThread 435
14.3.3 显示设备——理解DisplayDevice类 437
14.3.4 VSync信号的分发过程 440
14.4 图像的输出过程 445
14.4.1 图像的输出过程 445
14.4.2 理解handleTransaction函数 446
14.4.3 理解handlePageFlip函数 451
14.4.4 理解rebuildLayerStacks函数 453
14.4.5 更新对象中的图层——理解setUpHWComposer函数 455
14.4.6 合成所有层的图像——理解doComposition函数 457
14.4.7 理解postFramebuffer函数 458
14.5 总结 459
第15章 Android的窗口系统 460
15.1 应用进程和WMS的联系 460
15.1.1 应用中的Window对象 460
15.1.2 应用中的Window Manager类 461
15.1.3 建立应用和WMS的联系 463
15.1.4 WMS中建立和应用的联系 465
15.1.5 理解DecorView 467
15.2 WindowManagerService服务 468
15.2.1 PhoneWindowManager对象 468
15.2.2 WindowToken对象 469
15.2.3 窗口类型定义 469
15.2.4 新增窗口的过程 471
15.2.5 确定窗口的Z轴位置 475
15.3 确定窗口尺寸 479
15.3.1 Overscan区域 479
15.3.2 表示窗口尺寸的数据结构 480
15.3.3 计算窗口的尺寸 481
15.4 窗口动画管理 485
15.4.1 接收VSync信号 485
15.4.2 动画的显示过程 488
15.4.3 窗口的动画对象——WindowStateAnimator 491
15.4.4 生成动画并显示 493
15.5 总结 494
第16章 Android的输入管理 495
16.1 管理各种输入的服务——InputManagerService 495
16.1.1 服务的启动过程 495
16.1.2 把消息统一格式——EventHub的作用 497
16.1.3 读取RawEvent 500
16.1.4 处理RawEvent 501
16.1.5 分发输入消息 505
16.2 应用进程处理Input消息 508
16.2.1 理解InputChannel 508
16.2.2 接收Input消息 511
16.2.3 理解InputStage 515
16.2.4 流水线处理Input消息 518
16.3 总结 523
第17章 Android的电源管理 524
17.1 电源管理服务——PowerManagerService 524
17.1.1 初始化过程 524
17.1.2 系统准备工作——SystemReady方法 525
17.1.3 报告用户活动——userActivity接口 527
17.1.4 强制系统进入休眠模式——gotoSleep接口 528
17.2 控制系统休眠的机制 529
17.2.1 PMS中WakeLock相关接口 529
17.2.2 WakeLock的native层实现 531
17.2.3 理解updatePowerStateLocked方法 532
17.2.4 管理显示设备 536
17.3 电池管理服务 539
17.3.1 BattetyService类的作用 539
17.3.2 Healthd守护进程 541
17.3.3 读取电池的各种参数——Battery Monitor类 543
第18章 Android的存储系统 545
18.1 管理存储设备——Vold守护进程 546
18.1.1 Vold的main函数 546
18.1.2 监听驱动发出的消息——Vold的NetlinkManager对象 547
18.1.3 处理block类型的uevent 548
18.1.4 处理MountService的命令 552
18.1.5 VolumeManager的作用——创建实例对象 554
18.2 对存储设备操作——MountService服务 557
18.2.1 MountService的启动过程 557
18.2.2 进行Socket通信——NativeDaemonConnector 558
18.2.3 OBB文件系统 561
18.3 其他存储相关的服务 564
18.3.1 监视存储设备大小——DeviceStorageMonitor Service 564
18.3.2 打印系统分区信息——DiskStatsService 566
第19章 Android的网络管理框架 567
19.1 管理各种网络设备——Netd守护进程 567
19.1.1 Netd的架构 567
19.1.2 处理net类型的uevent 569
19.1.3 处理NMS的命令 570
19.1.4 DNS服务代理 571
19.1.5 MDnsSdListener的作用——与守护进程进行交互 572
19.2 网络管理的中心——ConnectivityService服务 573
19.2.1 初始化过程 573
19.2.2 网络连接类型 574
19.2.3 NetworkStateTracker对象的作用——获得网络连接信息 576
19.3 完成对网络物理接口操作——NetworkManagementService服务 578
19.4 总结 581
第20章 Android的音频系统 582
20.1 音频系统简介 582
20.1.1 Linux的音频架构 582
20.1.2 手机中的音频设备 582
20.1.3 Audio系统的架构 583
20.2 AudioPolicyService服务——输入输出设备的状态 584
20.2.1 服务的创建过程 584
20.2.2 管理音频路由策略 587
20.2.3 管理输入输出设备 591
20.3 音频的核心——AudioFlinger服务 594
20.3.1 AudioFlinger的创建过程 594
20.3.2 AudioFlinger中的线程 595
20.3.3 MixerThread线程 597
20.3.4 打开物理设备——OpenOutput函数 599
20.4 一次完整的播放过程 601
20.4.1 创建AudioTrack对象 601
20.4.2 在native层的AudioTrack 604
20.4.3 开始播放 609
20.4.4 传递音频数据 612
20.4.5 AudioFlinger的播放线程 616
第21章 让应用更安全——Android的SELinux模块 619
21.1 安全系统——SELinux简介 619
21.1.1 安全机制——DAC和MAC 619
21.1.2 安全模块SELinux的架构 620
21.1.3 安全上下文 621
21.1.4 域的转移 623
21.1.5 常用命令 624
21.2 安全增强型——SEAndroid简介 625
21.2.1 SEAndroid的组成 625
21.2.2 理解各种策略文件 626
21.3 Android如何使用SELinux 629
21.3.1 Init进程设置SELinux的Policy 629
21.3.2 Init进程初始化安全上下文 632
21.3.3 设置守护进程的安全上下文 635
21.3.4 设置应用进程的安全上下文 636
21.4 总结 640
第22章 Dalvik和ART虚拟机 641
22.1 Dalvik虚拟机简介 641
22.1.1 Dalvik虚拟机的特点 641
22.1.2 即时编译JIT 642
22.2 Dalvik的启动和初始化 643
22.2.1 启动的流程分析 643
22.2.2 重要的全局变量——初始化 gDvm 643
22.3 Dalvik字节码的执行过程 646
22.3.1 执行流程 646
22.3.2 代码分析 647
22.4 Dalvik的内存管理机制 649
22.4.1 堆的初始化过程 649
22.4.2 Dalvik内存分配机制 656
22.4.3 软引用、弱引用和虚引用 658
22.4.4 Dalvik的内存回收机制 659
22.5 ART模式简介 667
22.5.1 两种模式的区别 668
22.5.2 ART的初始化 669
22.5.3 ART开始运行 672
第23章 系统升级模块——Android的Recovery模块 674
23.1 Recovery模块的执行 675
23.1.1 Recovery模块的启动 675
23.1.2 如何传递启动参数 677
23.1.3 执行菜单命令 679
23.2 Recovery的升级过程 681
23.2.1 sideload方式安装 681
23.2.2 升级的入口函数 682
23.3 update-binary模块 685
23.3.1 update-binary的执行流程 685
23.3.2 update-script的语法规则 687
第24章 Android的调试方法 689
24.1 获取和分析系统Log 689
24.1.1 Logcat使用说明 689
24.1.2 如何分析Android Log 690
24.1.3 如何分析ANR 694
24.2 内存泄露的分析方法 696
24.2.1 分析内存使用情况——DDMS的Allocation Tracker 696
24.2.2 DDMS的DumpHeap工具 697
24.2.3 使用MAT分析内存泄露 698
24.2.4 使用Valgrind分析内存泄露 699
24.3 Android的自动化测试 700
24.3.1 Monkey 701
24.3.2 让用户开发控制程序——Monkeyrunner 702
24.3.3 UI测试工具——uiAutomator工具 705
参考文献 709