Android对Linux内核的改动你知道多少？

我们知道Android是一个开源系统，但是并不彻底，而且Android从多个方面对Linux内核进行了改动与增强，尽管一度和Linux基金会在内核方面闹得不愉快，但是最终也达成了和解。下面将对此进行详细介绍和分析。

　　1 、Goldfish

　　Android模拟器通过运行一个Goldfish的虚拟CPU.Goldfish来运行arm926t指令集(arm926t属于armv5构架)，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/输出是基于libSDL的。既然Goldfish是被模拟器运行的虚拟CPU，那么当Android在真实的硬件设备上运行时，我们就需要去掉它，因此，只有知道Google对Goldfish做了哪些具体改动之后才能正确地去掉。据统计，Android 内核对Goldfish的改动主要涉及44个文件，具体汇总如下。

　　说明 本书中在被改动的文件前面加了Chg标记，在新增的文件前面加了New标记。

　　1Chgarch/arm/Makefile添加CONFIG_ARCH_GOLDFISH

　　2Newarch/arm/configs/goldfish_defconfig默认配置文件

　　3Newarch/arm/mach-goldfish/Kconfig为Goldfish CPU添加Kernel配置文件

　　4Newarch/arm/mach-goldfish/Makefile添加board-goldfish.o

　　5Newarch/arm/mach-goldfish/Makefile.boot为Goldfish CPU进行启动配置

　　6Newarch/arm/mach-goldfish/audio.c Audio的输入/输出

　　7Newarch/arm/mach-goldfish/board-goldfish.c中断请求、输入/输出等

　　8Newarch/arm/mach-goldfish/pdev_bus.c设备总线

　　9Newarch/arm/mach-goldfish/pm.c电源管理

　　10Newarch/arm/mach-goldfish/switch.cSwitch控制

　　11Newarch/arm/mach-goldfish/timer.c获取和设置时间

　　12Chgarch/arm/mm/Kconfig添加ARCH_GOLDFISH到支持列表

　　13Chgdrivers/char/Makefile添加goldfish_tty

　　14Newdrivers/char/goldfish_tty.cTTY驱动

　　15Chgdrivers/input/keyboard/Kconfig为Goldfish的键盘事件添加配置文件

　　16Chgdrivers/input/keyboard/Makefile添加goldfish_events事件

　　17Newdrivers/input/keyboard/goldfish_events.cGoldfish键盘驱动

　　18Chgdrivers/mmc/host/Kconfig添加Kernel配置选项Goldfish MMC卡

　　19Chgdrivers/mmc/host/Makefile添加Goldfish MMC卡驱动

　　20Newdrivers/mmc/host/goldfish.c多媒体驱动

　　21Chgdrivers/mtd/devices/Kconfig为Goldfish的NAND flash device添加Kernel配置选项

　　22Chgdrivers/mtd/devices/Makefile添加goldfish_nand

　　23Newdrivers/mtd/devices/goldfish_nand.cNAND flash驱动

　　24Newdrivers/mtd/devices/goldfish_nand_reg.hNAND flash驱动

　　25Chgdrivers/power/Kconfig为Goldfish的battery(电池)驱动添加kernel配置选项

　　26Chgdrivers/power/Makefile添加Goldfish电池

　　27Newdrivers/power/goldfish_battery.c能源和电池状态驱动

　　28Chgdrivers/rtc/Kconfig为Goldfish的rtc(时钟)驱动添加Kernel配置选项

　　29Chgdrivers/rtc/Makefile添加rtc-goldfish

　　30Newdrivers/rtc/rtc-goldfish.c实时时钟驱动

　　31Chgdrivers/video/Kconfig添加Goldfish的framebuffer

　　32Chgdrivers/video/Makefile添加Goldfish的framebuffer

　　33Newdrivers/video/goldfishfb.cframebuffer驱动

　　34Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/dma.h

　　35Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/entry-macro.S

　　36Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/hardware.h

　　37Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/io.h

　　38Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/irqs.h

　　39Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/memory.h

　　40Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/system.h

　　41Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/timer.h

　　42Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/timex.h

　　43Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/uncompress.h

　　44Newinclude/asm-arm/arch-goldfish/vmalloc.h

　　2 、YAFFS2

　　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使用的是NANDFLASH这种存储目前已经相当普及了，而且种类也颇多(如SLC、MLC等)，存储密度也越来越高(已经出现几十GB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。据统计，为了支持YAFFS2，Google一共改动和增加了以下35个文件：

　　1Chgfs/Kconfig添加YAFFS配置

　　2Chg fs/Makefile添加YAFFS

　　以下为新增的YAFFS2：

　　1Newfs/yaffs2/Kconfig18Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif2.h

　　2Newfs/yaffs2/Makefile19Newfs/yaffs2/yaffs_nand.c

　　3Newfs/yaffs2/devextras.h20Newfs/yaffs2/yaffs_nand.h

　　4Newfs/yaffs2/moduleconfig.h21Newfs/yaffs2/yaffs_nandemul2k.h

　　5Newfs/yaffs2/yaffs_checkptrw.c22Newfs/yaffs2/yaffs_packed1.c

　　6Newfs/yaffs2/yaffs_checkprtw.h23Newfs/yaffs2/yaffs_packed1.h

　　7Newfs/yaffs2/yaffs_ecc.c24Newfs/yaffs2/yaffs_packed2.c

　　8Newfs/yaffs2/yaffs_ecc.h25Newfs/yaffs2/yaffs_packed2.h

　　9Newfs/yaffs2/yaffs_fs.c26Newfs/yaffs2/yaffs_qsort.c

　　10Newfs/yaffs2/yaffs_getblockinfo.h27Newfs/yaffs2/yaffs_qsort.h

　　11Newfs/yaffs2/yaffs_guts.c28Newfs/yaffs2/yaffs_compat.c

　　12Newfs/yaffs2/yaffs_guts.h29Newfs/yaffs2/yaffs_compat.h

　　13Newfs/yaffs2/yaffs_mtdif.c30Newfs/yaffs2/yaffs_validitiy.c

　　14Newfs/yaffs2/yaffs_mtdif.h31Newfs/yaffs2/yaffs_validity.h

　　15Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif1.c32Newfs/yaffs2/yaffsinterface.h

　　16Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif1.h33Newfs/yaffs2/yportenv.h

　　17Newfs/yaffs2/yaffs_mtddif2.c

　　3、 蓝牙

　　在蓝牙通信协议栈里Google修改了10个文件。这些改动修复了一些与蓝牙耳机相关的明显的Bug，以及一些与蓝牙调试和访问控制相关的函数，具体如下所示。

　　1Chgdrivers/bluetooth/Kconfig添加HCI UART Debug

　　2Chgdrivers/bluetooth/hci_II.c如果HCI UART Debug定义在Kernel配置中，则添加BT_DBG()宏

　　3Chgnet/bluetooth/Kconfig添加配置选项L2CAP, HCI_CORE, HCI_SOCK，以及通用接口和语音

　　4Chgnet/bluetooth/af_bluetooth.c如果CONFIG_ANDROID_PARANOID_NETWORK被定义，则添加蓝牙功能的安全检查

　　5Chgnet/bluetooth/hci_event.c修正蓝牙的加密Bug和增加语音的支持

　　6Chgnet/bluetooth/rfcomm/core.c修正Bug

　　7Chgnet/bluetooth/rfcomm/sock.c修复Bug

　　8Chgnet/bluetooth/sco.c禁用SCO链接

　　9Chginclude/net/bluetooth/hci_core.h禁用LMP_ESCO

　　10Chginclude/net/bluetooth/rfcomm.h在rfcomm_dlc中添加“out”参数

　　4 、调度器(Scheduler)

　　Android内核还修改了与进程调度和时钟相关的策略。只改动了5个文件，如下：

　　1Chgkernel/sched.c添加NORMALIZED_SLEEPER

　　2Chgkernel/sched_fair.c修改内核的调度方式

　　3Chgkernel/softirq.c修改为CPU调度

　　4Chgkernel/time/tick-sched.c修改为CPU调度

　　5Chginclude/linux/tick.h如果CONFIG_NO_HZ被定义，则添加tick_nohz_ update_ stopped_ sched_tick()

　　5、 Android新增的驱动

　　Android在Linux的基础上新增了许多特有的驱动，如下所示。

　　1)IPC Binder 一种IPC(进程间通信)机制。它的进程能够为其他进程提供服务通过标准的Linux系统调用API。IPC Binder的概念起源于一家名为Be.Inc的公司，在Google之前就已经被Palm软件采用了。

　　2)Low Memory Killer 其实内核里已经有一个类似的功能，名称为oom killer(out of memory killer)。当内存不够的时候，该策略会试图结束一个进程。

　　3)Ashmem 匿名共享内存。该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这些图标。Ashmem为内核提供了一种回收这些使用完的共享内存块的方法，如果某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。

　　4)RAM Console and Log Device 为了调试方便，Android添加了一个功能，使调试信息可以输入到一个内存块中。此外，Android还添加了一个独立的日志模块，这样用户空间的进程就能够读写日志消息，以及调试打印信息等。

　　5)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，可以简称为ADB，使用USB作为连接方式，ADB可以看做是连接Android设备和PC机的一套协议。

　　除了这些主要的功能之外，Android还增加了诸如 real-time clock、switch、timed GPIO等功能，所有这些改动和增加包含在以下28个文件之中。

　　1Chgdrivers/Kconfig进入配置文件

　　2Chgdrivers/Makefile添加switch，驱动等

　　3Newdrivers/android/Kconfig添加BINDER_IPC、POWER、POWER_STAT、POWER_ ALARM、LOGGER、RAM_CONSOLE、TIMED_GPIO、PARANOID_NETWORK到配置中

　　4Newdrivers/android/Makefile添加binder.o、power.o、alarm.o、logger.o、ram_console.o、timed_gpio

　　5Newdrivers/android/alarm.c系统硬件时钟和实时时钟管理

　　6Newdrivers/android/binder.cIPC机制(Binder)

　　7Newdrivers/android/logger.cGoogle的日志API

　　8Newdrivers/android/ram_console.cRAM控制台和日志设备方便调试 [1]

　　9Newdrivers/android/timed_gpio.cGoogle的GPIO定时驱动

　　10Newdrivers/switch/Kconfig为GPIO添加配置选项

　　11Newdrivers/switch/Makefile引入GPIO驱动

　　12Newdrivers/switch/switch_class.c

　　13Newdrivers/switch/switch_gpio.c

　　14Chgdrivers/usb/gadget/Kconfig添加ADB配置选项

　　15Chgdrivers/usb/gadget/Makefile编译ADB所需的配置选项

　　16Newdrivers/usb/gadget/android_adb.cADB驱动

　　17Newinclude/linux/android_aid.h添加AIDs、INET、networking

　　18Newinclude/linux/android_alarm.h时钟功能设置

　　19Newinclude/linux/android_timed_gpio.hGPIO结构体

　　20Newinclude/linux/ashmem.hAndroid共享内存

　　21Newinclude/linux/binder.hBinder IPC API定义

　　22Newinclude/linux/logger.hLogger定义

　　23Newinclude/linux/switch.hGPIO switch接口

　　24Chgmm/Makefile添加ashmem.o

　　25Newmm/ashmem.c内存共享实现

　　26Chgdrivers/misc/Kconfig添加LOW_MEMORY_KILLER配置选项

　　27Chgdrivers/misc/Makefile添加lowmemorykiller.c

　　28Newdrivers/misc/lowmemorykiller.c当内存过低时，选择并结束进程

　　6 、电源管理

　　电源管理(Power Management)对于移动设备来说相当重要，也是最为复杂和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，不包含原有的apm和dpm等。这项改动主要涉及以下5个文件：

　　1Newinclude/linux/android_power.h定义电源管理API

　　2Newdrivers/android/power.c电源管理API实现

　　3Chgdrivers/input/evdev.c修改Android电源处理方式

　　4Chgfs/inotify_user.c修改Android电源处理方式

　　5Chgkernel/power/process.c修改Android电源处理方式

　　7、 杂项

　　除了上述改动之外，还有一些小改动，如新增的额外调试功能、键盘背光控制、TCP 网络管理等，共涉及36个文件，如下所示。

　　1NewDocumentation/vm/pagemap.txt

　　2Chgarch/arm/Kconfig添加HAVE_LATENCYTOP_SUPPORT和ARCH_GOLDFISH

　　3Chgarch/arm/kernel/process.c添加dump_task_regs方法

　　4Chgarch/arm/kernel/signal.c解决系统无法重新启动的问题

　　5Chgarch/arm/kernel/stacktrace.c改进调试栈跟踪

　　6Chgarch/arm/mm/abort-ev6.S

　　7Chgdrivers/char/Kconfig添加Memory device driver和Goldfish TTY driver

　　8Chgdrivers/char/mem.c使编译结果输出到/dev/kmem and /dev/mem

　　9Chgdrivers/leds/Kconfig当CPU运行时打开LEDS，但是屏幕是关闭的

　　10Chgdrivers/leds/Makefile添加编译ledtrig-sleep.o

　　11Newdrivers/leds/ledtrig-sleep.c睡眠(当关闭屏幕后CPU仍然运行)

　　12Chgdrivers/rtc/class.c修正实时时钟误差的Bug

　　13Chgfs/fat/dir.c添加VFAT_IOCTL_GET_VOLUME_ID到fat_dir_ioctl()

　　14Chg fs/fat/inode.c

　　15Chgfs/proc/base.c当内存不足时调整/proc文件

　　16Chgfs/proc/proc_misc.c修正kpagecount_read和kpageflags_read返回的一些错误

　　17Chgfs/proc/task_mmu.c简化add_to_pagemap中的错误检查

　　18Chginclude/asm-arm/elf.h添加ELF_CORE_COPY_TASK_REGS()宏调用dump_task_ regs(...)

　　19Chginclude/linux/mm.h添加shmem_set_file(...)函数原型

　　20Chginclude/linux/msdos_fs.h添加VFAT_IOCTL_GET_VOLUME_ID宏

　　21Chgkernel/hrtimer.c修复run_hrtimer_pending错误

　　22Chginit/Kconfig添加PANIC_TIMEOUT默认为0

　　23Chgkernel/panic.c设置默认的panic_timeout：从kernel配置到PANIC_TIMEOUT

　　24Chgkernel/power/console.c修复虚拟控制台的错误信息

　　25Chgkernel/printk.c修复printk错误

　　26Chgmm/filemap.c修正filemap_fault

　　27Chgmm/shmmem.c重构shmem_zero_setup

　　28Chgmm/tiny-shmem.c重构shmem_zero_setup

　　29Chginclude/linux/sockios.h添加SIOCKILLADDR控制

　　30Chginclude/net/tcp.h添加tcp_v4_nuke_addr函数

　　31Chgnet/ipv4/Makefile如果设置CONFIG_SYSFS，编译sysfs_net_ipv4

　　32Chgnet/ipv4/af_inet_c如果定义CONFIG_ANDROID_PARANOID_NETWORK，则添加安全检查

　　33Chgnet/ipv4/devinet.c添加SIOCKILLADDR

　　34Chgnet/ipv4/sysfs_net_ipv4.c控制TCP窗口长度

　　35Chgnet/ipv4/tcp_ipv4.c添加tcp_v4_nuke_addr函数

　　36Chgnet/ipv6/af_inet6.c如果定义CONFIG_ANDROID_PARANOID_NETWORK，则添加安全检查

　　上面这些看似简单，但是非常重要，当大家进行系统级应用开发和程序移植时都需要研究这些文件。对于每个文件的具体改动方式和实现，我们需要进一步查看Android的内核源代码，这是后面将要详细讲解的内容。

　　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。