Android系统是有众多的子项目组成的。从编程语言角度来看，这些项目主要是使用Java和C/C++来实现的；从整体系统框架而言，分成内核层、硬件抽象层、系统运行库层、应用程序框架层以及应用程序层。
一、内核层
Android的底层是基于Linux操作系统的，主要使用包括核心和驱动程序两部分。
首先，避开了与硬件直接打交道。
其次，基于Linux系统的驱动开发可扩展性很强
Android内核是基于Linux 2.6内核的，这是一个增强内核版本，除了修改部分Bug外，还提供了用于支持Android平台的设备驱动。Android不但使用了Linux内核的基本功能，而且对Linux进行了改造，目的是实现更为强大的通信功能。android对linux下面内容做了增强:
1）硬件时钟（alarm）
2）内存分配与共享（Ashem）
3）低内存管理（low memory killer）
4）kernel调试
5）日志设备（LogCat）
6）android IPC机制（Binder机制Andoid一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通讯的功能）
7）电源管理（power management）
主要的驱动如下所示：
1）显示驱动（Display Driver）：常用基于Linux的帧缓冲（Frame Buffer）驱动。
2）Flash内存驱动（Flash Memory Driver）
3）照相机驱动（Camera Driver）：常用基于Linux的v4l（Video for ）驱动。
4）音频驱动（Audio Driver）：常用基于ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音体系）驱动。
5）WiFi驱动（Camera Driver）：基于IEEE 802.11标准的驱动程序
6）键盘驱动（KeyBoard Driver）
7）蓝牙驱动（Bluetooth Driver）
二、硬件抽象层
硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）， 是对Linux内核驱动程序的封装，是Android为厂商定义的一套接口标准，向上提供接口（把硬件驱动程序的调用封装成Stub），屏蔽底层的实现细节，进一步降低Android系统与硬件的耦合度。把对硬件的支持分成了两层，一层放在用户空间（User Space），一层放在内核空间（Kernel Space），其中硬件抽象层放在用户空间，而Linux内核驱动程序放在内核空间。把硬件抽象层和内核驱动整合在一起放在内核空间不可行吗？从技术实现角度看是可以的，然而从商业的角度来看，把对硬件的支持逻辑都放在内核空间，可能会损害厂家的利益。由于Linux遵循的是GPL协议，而Android开源项目基于Apache协议，前者在发布产品时，必须公布源代码，而后者无需发布源代码。如果把对硬件支持的所有代码都放在Linux驱动层，就意味着发布时要公开程序的源代码，也就意味着把硬件的相关参数和实现都公开了。因此android才把对硬件的支持分成硬件抽象层和内核驱动层，内核驱动层只提供简单的访问硬件逻辑，例如读写硬件寄存器的通道，至于从硬件中读到了什么值或者写了什么值到硬件中的逻辑，都放在硬件抽象层中去了，这样就可以把商业秘密隐藏起来。也正是由于这个分层的原因，android被踢出了Linux内核主线代码树中。因为Android放在内核空间的驱动程序对硬件的支持是不完整的，把Linux内核移植到别的机器上去时，由于缺乏硬件抽象层的支持，硬件就完全不能用了，这也是为什么说Android是开放系统而不是开源系统的原因。
三、系统库和运行时库
1、程序库
对于框架层而言，核心类库就是它的“贤内助”。每一次Android系统升级，能看到的都是框架层SDK的变迁，增加了新的功能，提供了新的接口。而在这些新功能的背后，核心类库都是居功至伟。
核心类库由一系列的二进制动态库共同构成，通常使用C/C++进行开发，这些库能被Android系统中不同的组件使用，它们通过Android应用程序框架为开发者提供服务。与框架层的系统服务相比，核心类库不能够独立运行于线程中，而需要被系统服务加载到其进程空间里，通过类库提供的JNI接口进行调用。
核心类库的来源主要有两种，一种是系统原生类库，Android为了提高框架层的执行效率，使用C/C++来实现它的一些性能关键模块，如：资源文件管理模块、基础算法库，等等。而另一种则是第三方类库，大部分都是对优秀开源项目的移植，它们是Android能够提供丰富功能的重要保障，如：Android的多媒体处理，依赖于开源项目OpenCORE的支持；浏览器控件的核心实现，是从Webkit移植而来；而数据库功能，则是得益于Sqlite。Android会为所有移植而来第三方类库封装一层JNI接口，以供框架层调用。
为了帮助游戏和图形图像处理等领域的开发者搭建更高效的应用，Android将数学函数库、OpenGL库等核心类库以NDK的形式提供给开发者，开发者可以基于NDK更高效地构建算法，进行图形图像绘制。从实践的角度看，只要能获取到底层类库的头文件信息，开发者就可以逾越NDK的界限，用其他核心类库的接口进行开发。但这样做的危险之处在于兼容性差，Android在版本变迁时，可能会替换或修改一些类库接口或实现，这就会导致依赖于这些类库的应用无法运行。而NDK提供的都是稳定的类库实现，不会再做修改，以保证使用NDK的应用具有向上的兼容性。
一下是一些核心库：
*系统 C 库 - 一个从 BSD 继承来的标准 C 系统函数库( libc )， 它是专门为基于 embedded linux 的设备定制的。
* 媒体库 - 基于 PacketVideo OpenCORE;该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG 。
* Surface Manager - 对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提 供了2D和3D图层的无缝融合。
* WebKit：网络浏览器的核心
* SGL - 底层的2D图形引擎
* 3D libraries - 基于OpenGL ES 1.0 APIs实现;该库可以使用硬件 3D加速(如果可用)或者使用高度优化的3D软加速。
* FreeType -位图(bitmap)和矢量(vector)字体显示。
* SQLite - 一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
2、Android 运行库
和所有的Java程序运行平台一样，为了实现Java程序在运行阶段的二次编译， Android为它们提供了运行时（Runtime）的支撑。
Android的运行时由Java核心类库和Java虚拟机Dalvik共同构成。Java核心类库涵盖了Android框架层和应用层所要用到的基础Java库，包括Java对象库、文件管理库、网络通信库，等等。
Dalvik是为Android量身打造的Java虚拟机，负责动态解析执行应用、分配空间、管理对象生命周期等工作。如果说框架层是整个Android的大脑，决定了Android应用的设计特征，那么，Dalvik就是Android的心脏，为Android的应用提供动力，决定它们的执行效率。与为低端移动设备而设计的J2ME虚拟机不同，Dalvik是专门为高端设备而优化设计的。它没有采用基于栈的虚拟机架构，而是采取了基于寄存器的虚拟机架构设计。通常来说，基于栈的虚拟机对硬件的依赖程度小、生成的应用更节约空间，可以适配更多的低端设备；而基于寄存器的虚拟机，对硬件的门槛会更高一些，编译出的应用可能会耗费稍多的存储空间，但它的执行效率更高，更能够发挥高端硬件（主要指处理器）的能力。
Dalvik没有沿用传统的Java二进制码（JavaBytecode）作为其一次编译的中间文件，而是应用了新的二进制码格式文件.dex。在Android应用的编译过程中，它会先生成若干个.class文件，然后统一转换成一个.dex文件。在转换过程中，Android会对部分.class文件中的指令做转义，使用Dalvik特有的指令集OpCodes来替换，以提高执行效率。同时，.dex会整合多个.class文件中的重复信息，并对冗余部分做全局的优化和调整，合并重复的常量定义，以节约常量池耗费的空间。这使得最终得到的.dex文件通常会比将.class文件压缩打包得出的.jar文件更精简。
为了提升Android应用的执行效率，从垃圾回收器（Garbage Collection，GC）到编译器，Dalvik一直在各个方面进行优化。经常可以听到这样的消息：“新版本的Android系统，比上一个版本的效率高了x倍。”这大都是改善Dalvik的效果。在Android 2.2中，Dalvik引入了对JIT（Just-in-time）编译的支持，将上层应用的执行效率提升了2～4倍，开启了Android发展的新篇章。
每一个Android应用程序都在它自己的进程（Linux的一个Process）中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统，Dalvik虚拟机依赖于linux内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。
四、应用程序框架层
框架层是Android系统中最核心的部分，它集中体现了Android系统的设计思想。在Android之前，有很多基于Linux内核打造的移动平台。作为超越前辈的成功范例，框架层的设计正是Android脱颖而出的关键所在。从系统设计的角度来看，Android期望框架层是所有应用运行的核心，参与到应用层的每一次操作中，并进行全局统筹。Android应用的最大特征是基于组件的设计方式。每个应用都由若干个组件构成，组件和组件之间并不会建立通信信道，而是通过框架层的系统服务，集中地调度和传递消息。这样的设计方式相当于增加了一个中间层，该层了解所有组件的状况，可以更智能地进行协调，从而提升了整个系统的灵活性。框架层由多个系统服务（System Service）共同组成，包括组件管理服务、窗口管理服务、地理信息服务、电源管理服务、通话管理服务，等等。所有服务都寄宿在系统核心进程（System Core Process）中，在运行时，每个服务都占据一个独立的线程，彼此通过进程间的通信机制（Inter-Process Communication，IPC）发送消息和传输数据。应用层中的应用，时刻都在与这些系统服务打交道。每一次构造窗口、处理用户交互事件、绘制界面、获得当前地理信息、了解设备信息等操作，都是在各个系统服务的支持下实现的。
而对于开发者而言，框架层最直观的体现就是SDK，它通过一系列的Java功能模块，来实现应用所需的功能。SDK的设计决定了上层应用的开发模式、开发效率及能够实现的功能范畴。因此，对于开发者而言，关注SDK的变迁是一件很有必要的事情，SDK每个新版本的诞生，都意味着一些老的接口会被调整或抛弃，另一些新的接口和功能火热出炉。开发者不但要查看和关注那些被修改的接口，来检查应用的兼容性，并采取相应的策略去适应这些变化，更重要的是，开发者还要追踪新提供的接口，寻找改进应用的机会，甚至是寻求开发新应用的可能。
Android的应用程序框架为应用程序层的开发者提供APIs，它实际上是一个应用程序的框架。
五、应用程序层
Android应用层由运行在Android设备上的所有应用共同构成，它不仅包括通话、短信、联系人等系统应用（随Android系统一起预装在移动设备上），还包括其他后续安装到设备中的第三方应用。
第三方应用都是基于Android提供的SDK（Software Development Kit）进行开发的，并受到SDK接口的约束。而预装在设备中的系统应用，则可以调用整个框架层的接口和模块，其中的很多接口在SDK中是隐藏的，因此，系统应用具有比第三方应用更多的权利。
Android的应用都是基于Java语言来开发的，但在很多应用（尤其是游戏）中，需要进行大规模的运算和图形处理，以及使用开源C/C++类库。通过Java来实现，可能会有执行效率过低和移植成本过高等问题。因此在Android开发中，开发者可以使用C/C++来实现底层模块，并添加JNI（Java Native Interface）接口与上层Java实现进行交互，然后利用Android提供的交叉编译工具生成类库并添加到应用中。
为了让应用开发者能够绕过框架层，直接使用Android系统的特定类库，Android还提供了NDK（Native Development Kit），它由C/C++的一些接口构成，开发者可以通过它更高效地调用特定的系统功能。
但在Android上，开发者通常只能使用C/C++编写功能类库，而不是整个应用。这是因为，诸如界面绘制、进程调度等核心机制是部署在框架层并通过Java来实现的，应用只有按照它们规定的模式去编写特定的Java模块和配置信息，才能够被识别、加载和执行。
从Android 2.3（API 9）开始，新增了android.app.NativeActivity类，它是通过调用预定义的JNI接口来实现的。开发者可以基于NDK，通过C/C++语言来实现具体功能。这就意味着，开发者仅通过C/C++语言就能实现整个应用。这对于游戏开发者而言是一大喜讯，但由于控件在Android中并没有Native的实现，普通的应用开发者通常还是需要通过Java来实现上层界面。
