Android это процессор или операционная система

Операционная система Android

Feb 4 · 6 min read

Android — это операционная система с открытым исходным кодом, созданная для мобильных устройств на основе модифицированного ядра Linux. Эта ОС разработана консорциумом Open Handset Alliance, состоящим из крупных технологических компаний при организующей роли Google. Исходный код ОС представлен как часть проекта Android Open Source Project (AOSP) с лицензией Apache. Выпущенный на рынок в 2007 году Android вскоре стал самой продаваемой операционной системой в истории, благодаря своей открытой модели разработки и удобному интерфейсу. Последняя версия Android 11 вышла в 2020 году.

История развития

Проект Android появи л ся в 2003 году с целью разработки интеллектуальных мобильных устройств. Начинался он с разработки ОС для цифровых фотокамер, но вскоре акцент сместился на мобильные телефоны из-за их большой распространенности на рынке. В 2005 году проект приобрел Google и в качестве основы для этой ОС было выбрано ядро Linux за счет его гибкости и возможности обновления.

С целью разработки платформы с открытым исходным кодом для мобильных устройств в 2007 году Google сформировала Open Handset Alliance с несколькими производителями оборудования и операторами беспроводной связи. В то время каждый производитель выпускал мобильные телефоны на базе собственной платформы, с ограниченными возможностями для сторонних приложений. Альянс заявил, что открытая платформа обеспечит тесное сотрудничество между производителями и разработчиками, чтобы ускорить производство недорогих инновационных продуктов и приложений.

Платформа Android была представлена в 2007 году и вышла на рынок на следующий год. Поначалу ей мешал ограниченный набор функций и небольшая база пользователей по сравнению с конкурентами Symbian и Windows. Однако возможность обновления стала самым большим преимуществом этой ОС, поскольку каждое обновление давало новые функции и улучшенную производительность. Из-за «сладости, которую они приносят в нашу жизнь», первые версии были названы в честь десертов, в алфавитном порядке, например Cupcake, Jellybean и KitKat. Однако вскоре у Google закончились десерты, и с 2019 года новые версии ОС получают номера, начинающиеся с Android 10. Лицензия с открытым исходным кодом также помогла увеличить популярность этой ОС среди производителей мобильных устройств, поскольку они могут теперь модифицировать ОС под свои требования, не влияя при этом на разработку приложений.

Но самая главная особенность в том, что Android — это больше, чем просто операционная система. Он во многом уравнял мобильные устройства с персональными компьютерами, позволив разработчикам писать приложения независимо от аппаратной платформы устройства. Это привело к созданию глобальной платформы для приложений и укрепило позиции Android, как передовой мобильной платформы, и в 2011 году он стал самой продаваемой операционной системой для смартфонов и для планшетов в 2013 году. Сегодня на Android работает множество электронных устройств, включая смарт-камеры, часы, медиаплееры и многое другое.

Архитектура

Первоначально Android разрабатывался для архитектуры ARM, а затем был расширен для поддержки архитектур x86 и x86–64. Однако в целом Android не заботится об аппаратном обеспечении устройства из-за разнообразия и множества типов среди компонентов в мобильных устройствах.

Основой ОС Android является модифицированная версия ядра Linux LTS, которая непосредственно взаимодействует с оборудованием. Драйверы, необходимые для работы устройства, реализуются производителями оборудования и добавляются в ядро. Это позволяет производителям оборудования разрабатывать драйверы для хорошо известного ядра, а разработчикам ОС игнорировать разнообразие оборудования. Android 11 поддерживает версии ядра 4.14, 4.19 и 5.4.

Особенности оборудования дополнительно маскируются также реализуемыми производителями уровнями аппаратной абстракции, которые предоставляют стандартные интерфейсы для высокоуровневых структур, чтобы обеспечить доступ к аппаратному обеспечению устройства, не заботясь при этом о реализации драйверов.

Android Runtime (ART) — это виртуальная машина, которая выполняет код приложения, содержащийся в файлах Dalvik Executable (DEX). Она управляет компиляцией кода, отладкой и очисткой памяти. Каждое приложение работает со своим собственным экземпляром ART, то есть в своей собственной виртуальной машине, чтобы обеспечить изоляцию кода. ART заменил Dalvik в качестве виртуальной машины Java для Android в 2013 году, поскольку его компиляция Ahead-of-Time обеспечила лучшую производительность по сравнению с компиляцией Just-in-Time у последней.

Собственные библиотеки C/C ++ являются важной частью операционной системы, поскольку большинство основных компонентов Android написаны на собственном коде. Инфраструктура Java API — это шлюз в ОС для всех пользовательских приложений. Он предоставляет множество сервисов для приложений в виде вызовов Java API, включая менеджеры действий, ресурсов и уведомлений, поставщиков контента и систему просмотра. Именно поэтому приложения для Android в основном разрабатываются на Java, хотя собственные библиотеки обеспечивают некоторую поддержку C/C++. Совсем недавно также поддерживался и Kotlin, он даже предпочитался Google для разработки приложений Android. Код компилируется Android Software Development Kit (SDK) и архивируется в виде пакета Android (APK).

Android против Linux

Хотя некоторые считают Android дистрибутивом Linux, он имеет мало общего с обычной ОС Linux.

В традиционном стеке Linux ядро выполняет большую часть системных функций, включая управление памятью и файлами, аппаратное взаимодействие и планирование процессов. Системные функции предоставляются приложениям через библиотеки и вызовы API на языке Си. Именно поэтому GNU C является более важной библиотекой в Linux. Пользователи взаимодействуют с системой через оболочки, которые транслируют пользовательские команды в системные вызовы.

С другой стороны, Android можно рассматривать как пользовательское приложение, работающее в Linux. ОС использует ядро для взаимодействия с оборудованием и управления системой, а затем предлагает свои функции другим приложениям через интерфейс API. Этот интерфейс написан полностью на Java, и даже функции библиотек C/C ++ предложены в оболочках Java. В Android нет оболочки, хотя некоторые утилиты командной строки поддерживаются через приложение Toybox.

Кроме того, Android оптимизирован для мобильных устройств, которые обычно обладают малой вычислительной мощностью, имеют небольшой объем памяти и работают от батарей. По умолчанию, в качестве библиотеки C, вместо GNU, он использует Bionic из-за пониженных требований к памяти и процессору. При нехватке памяти, Android может уничтожить наименее используемые процессы и сбросить блоки разделяемой памяти. Кроме того, здесь реализуется уникальная система управления питанием, в которой устройство остается в спящем режиме, потребляя минимальную мощность до тех пор, пока процесс не запросит ресурс.

Ядро Android

Перед установкой на устройство само ядро Linux подвергается модификации несколькими участниками проекта. Во-первых, разработчики Android оптимизируют ядро LTS для мобильных устройств, вносят коррективы в функции Android и оставляют код как общее ядро AOSP. Разработчики AOSP реализуют большинство изменений в виде драйверов устройств, чтобы гарантировать внесение минимальных изменений в основной код ядра. Это позволяет с минимальными изменениями объединять обновления базового ядра в ACK. Поставщики оборудования добавляют драйверы и уровни абстракции для создания ядра поставщика. Затем, производители устройств обновляют ядро в соответствии со своими требованиями, реализуя новые драйверы или даже улучшая систему. Это ядро, в конечном счете, устанавливается на выпускаемые производителем устройства.

Разработка приложения

Основной принцип разработки в Android заключается в том, чтобы абстрагироваться от вариативности оборудования и предоставить унифицированный интерфейс для приложений. Это достигается запуском всех приложений на виртуальных машинах Java, подобных Dalvik или ART. Еще более способствует этой абстракции и упрощает разработку приложений комплект, состоящий из инфраструктуры Java API и SDK Android. Интерфейс API выполняет всю сложную работу, обеспечивая приложениям доступ к системным ресурсам лишь через вызов функции, в то время как SDK предоставляет визуальные инструменты для создания макетов приложений и управления вводом данных пользователя.

Android предоставляет приложениям большую часть своих функций через службы (services). Служба — это приложение, которое выполняет длительные операции в фоновом режиме. Она не предоставляет пользовательского интерфейса и доступна только через платформу API. Службы также могут выполнять операции в приоритетном порядке и сообщениями уведомлять пользователя. Служба также может быть привязана к приложению и обеспечивать интерфейс клиент-сервер.

Стек Android также включает вторую операционную систему Trusty. Она работает параллельно с основной операционной системой и обеспечивает доверенную среду для изолированного выполнения. В основном она используется для мобильных платежей, безопасного банковского обслуживания, обработки паролей и других процессов, требующих безопасности и конфиденциальности.

Заключение

При первых анонсах Open Handset Alliance их планы по взаимодействию при разработке открытой и многоцелевой платформы представлялись не более чем громким заявлением. Однако через десять лет платформа Android произвела революцию, и не только в мобильной индустрии. Фактически, она породила совершенно новые отрасли промышленности и коренным образом изменила наш образ жизни, работы и общения.

Источник

Android – это Linux. Или нет?

Константин Иванов

Android – это Linux? Казалось бы, это тот вопрос, на который должен существовать прямой ответ – да или нет. Но вместо этого сообщества пользователей Android и Linux годами обсуждают, как обстоят дела на самом деле, и не могут прийти к согласию.

Есть два фактора, которые делают особенно сложным поиск четкого ответа на вопрос, являются ли Android и Linux одним и тем же.

1. Люди часто используют слово Linux для обозначения определенного числа связанных между собой, но однозначно разных вещей.
2. Нет четкого, однозначного и повсеместно принятого определения, что позволяет считать то или иное ПО Linux.

Задача этого материала – прояснить, почему возникает путаница вокруг различных типов ПО, которое люди могут иметь в виду, используя слово Linux, а затем обговорить все аргументы, которые неизбежно приводятся в любом споре на тему «Android – это Linux или нет».

Так что же такое Linux?

Когда кто-то говорит «Linux», это может относиться к следующим вещам:

• Ядро Linux. Это малая, но ключевая часть операционной системы. Ядро выполняет функцию взаимодействия с аппаратной частью устройства, обеспечивая сервисами остальную часть системы и формулируя задачи, такие как управление процессором или памятью устройства. Ядро Linux, как и любое другое ядро, может работать исключительно в качестве части операционной системы в более широком смысле. Существование ОС, которая состоит исключительно из ядра Linux, попросту невозможно. Поскольку Android – полноценная операционная система, мы совершенно спокойно можем исключить определение Android как ядра Linux.
• Дистрибутив Linux. Это операционная система, которая содержит ядро Linux и дополнительное ПО, такое как утилиты, библиотеки, графический интерфейс, а также предустановленные приложения, такие как веб-браузеры, текстовые редакторы, музыкальные проигрыватели и др. Это дополнительное ПО было разработано специально для того, чтобы работать на ядре Linux, но оно не является частью самого ядра Linux. Если в разговоре речь заходит об операционных системах, которые используют ядро Linux, термины «дистрибутив» и «операционная система» взаимозаменяемы. Поскольку кто угодно может взять ядро Linux и свое собственное ПО и создать свою операционную систему, в настоящее время существует бесчисленное количество доступных дистрибутивов Linux.
• GNU/Linux. Большая часть дистрибутивов Linux – это комбинация ядра Linux и программного обеспечения GNU, что заставляет некоторых людей утверждать, что дистрибутивы Linux – то же самое, что GNU/Linux. Это предмет для отдельной дискуссии, поэтому для того, чтобы несколько упростить объяснения, далее на протяжении материала будет использоваться термин «дистрибутив Linux» — просто отметим, что между ядром Linux и программным обеспечением GNU существует прочная связь.

В свою очередь, вокруг термина Android нет такой путаницы. Есть, тем не менее, два вида ОС Android.

Первый – это Android Open Source Project (AOSP), проект, в рамках которого Google предоставляет доступ к исходному коду Android. Этот код можно использовать для того, чтобы создать рабочую операционную систему, которую можно установить на смартфон или планшет, но в итоге ей будет не хватать функциональности, которую большая часть пользователей ожидают получить от своего опыта взаимодействия с Android, наиболее характерный пример – это мобильные сервисы Google. Это набор приложений и API от Google, которые для большого числа пользователей являются основной частью опыта работы с Android, аналогично тому, как iTunes и App Store являются основной частью опыта на macOS. AOSP имеет открытый исходный код, но не обеспечивает тех возможностей, которых ожидает типичный конечный пользователь устройства, работающего на ОС Android.

Второй вариант – это ОС Android, на которой работает ваше типичное устройство, будь то смартфон или планшет, по сути, она основана на AOSP, возможно, имеет ряд модификаций, привнесенных производителем устройства, а также в нее добавлено значительное количество проприетарного кода.

Большая часть аргументов за и против того, чтобы расценивать Android как Linux, относится к обоим вариантам Android, но есть ряд пунктов, в которых ответ будет различаться. И это будет зависеть от того, определяем ли мы Android как AOSP или как операционную систему, на которой работает ваш обычный смартфон или планшет.

Почему Android – Linux?

Существует всего лишь один реальный аргумент в пользу того, чтобы расценивать Android как Linux, но это серьезный аргумент. Каждый смартфон или планшет на Android содержит ядро Linux. Вы даже можете увидеть, какая версия ядра установлена на вашем устройстве. Для этого надо зайти в Настройки – Об устройстве – Версия ядра.

Тем не менее, Android – это не только ядро Linux. Это полнофункциональная операционная система, в которой имеются множество дополнительных библиотек, графический интерфейс, приложения и многое другое. Поэтому когда мы задаем вопрос «Android – это Linux?», мы на самом деле спрашиваем «Является ли Android дистрибутивом Linux?»

Поскольку даже оценить реальное количество дистрибутивов Linux не представляется возможным, тем более сложно написать список правил, позволяющих определить, что делает операционную систему дистрибутивом Linux.

Помимо обязательного условия наличия ядра Linux, определение дистрибутива Linux допускает достаточно свободную интерпретацию. Поэтому оставшаяся часть материала будет посвящена аргументам, которые люди чаще всего приводят против того, чтобы расценивать Android как дистрибутив Linux.

Почему Android – не Linux?

Он не использует стандартное ядро Linux

Для того, чтобы создать операционную систему, которая отвечает уникальным потребностям мобильных устройств, команда разработчиков Android внесла в ядро Linux рад изменений, включая добавление специализированных библиотек, API и инструментов, которые по большей частью взяты из BSD или написаны с нуля специально для Android.

Поскольку основной аргумент в пользу того, чтобы расценивать Android как дистрибутив Linux, базируется на том факте, что Android использует ядро Linux, может показаться, что тут и всяким спорам конец, все и так вполне очевидно. Однако для дистрибутива Linux не является обычным делом внесение изменений в ядро.

Ядро Linux подпадает под действие Универсальной общественной лицензии GNU, каждый волен как хочет изменять его исходный код, что и делается во многих дистрибутивах Linux. Если говорить о том, насколько значительным изменениям подвергла команда разработчиков Android ядро Linux, в Embedded Linux wiki приходят к заключению, что количество изменений, внесенных командой Android, «не особенно велико и не выходит за рамки того, что обычно делают с ядром Linux разработчики ОС на его базе».

Android не включает в себя ПО GNU и библиотеки

Если вы согласны с тем, что наличие ПО GNU является определяющей характеристикой для дистрибутива Linux вплоть до того, что мы должны расценивать дистрибутивы Linux как GNU/Linux, тогда Android ни в коем случае не может быть дистрибутивом Linux. Android включает в себя лишь некоторые системные библиотеки GNU. Из самого заметного – команда разработчиков Android разработала кастомизированную C-библиотеку под названием Bionic вместо того, чтобы использовать C-библиотеку GNU.

И даже если вы не согласны с тем, что дистрибутив Linux должен включать в себя ПО GNU, трудно отрицать, что отсутствие GNU делает Android очень отличным от большей части представителей сообщества дистрибутивов Linux.

Вы не можете запускать приложения Linux на Android – и наоборот

Если вы возьмете несколько выбранных случайным образом дистрибутивов Linux, есть шанс, что единственным общим программным компонентом у них у всех будет ядро Linux. В реальности у Android так мало общего ПО с другими дистрибутивами Linux, что запускать обычные приложения Linux на Android невозможно.

Верно и обратное утверждение. Приложения для Android требуют специальных библиотек Android, среды выполнения и ряда других программ, которые есть только в ОС Android, так что по умолчанию вы не можете запускать приложения для Android на какой-то другой платформе, кроме Android.

Android – это продукт Google

Google может сделать основной исходный код Android общедоступным через AOSP, но следующий релиз AOSP готовить в закрытую. На самом деле, на сайте AOSP ясно утверждается, что «Google оставляет за собой ответственность за стратегическое направление развития Android как платформы и как продукта».

Вдобавок к этому, не задействованные в Google разработчики могут участвовать в AOSP на различных ролях, но сайт AOSP совершенно четко говорит, что руководят проектом обычно сотрудники Google. И еще один маленький факт: Google принадлежат права на имя и логотип Android, так что если вы создаете операционную систему, основанную на коде AOSP, вам потребуется связаться с Google, если вы хотите выпустить свою работу под именем Android.

Несмотря на то, что некоторые дистрибутивы Linux тесно связаны с конкретными компаниями (на ум тут же приходят Canonical и Ubuntu), для дистрибутивов Linux нехарактерно разрабатываться в закрытую и полностью одной организацией.

«Открытый» статус Android под вопросом

Несмотря на рекомендацию Фонда свободного программного обеспечения, предписывающую разработчикам убрать все проприетарное программное обеспечение из их дистрибутивов Linux, нет строгого правила, которое бы запрещало дистрибутивам Linux содержать проприетарное ПО. В реальности многие дистрибутивы включают в себя скомпилированные бинарные драйверы, известные также как блобы. Поэтому на самом деле вопрос стоит так: насколько открыт Android в сравнении с вашим типичным дистрибутивом Linux?

Несмотря на то, что многие энтузиасты ПО с открытым кодом единодушны в том, что AOSP далек от идеального open source проекта, его код бесплатно доступен для изменения и распространения другими людьми.

Тем не менее, к моменту, когда AOSP доходит до пользователя Android, к нему добавляется большое количество проприетарного кода, и, в сущности, нет большой разницы между тем, что вы расцениваете как «чистый Android» на устройствах вроде Nexus или Pixel, и тем, что претерпело модификации, сделанные производителем.

Это не обязательно означает, что Android невозможно расценивать как дистрибутив Linux, но нельзя не отметить, что большая часть кода, который пользователи могут видеть и с которым могут взаимодействовать, является проприетарной, таковы мобильные сервисы Google и модификации производителя, как, например, TouchWiz от Samsung.

Несмотря на то, что многие дистрибутивы Linux включают в себя проприетарный код, для многих людей термин Linux четко ассоциируется с программным обеспечением с открытым кодом. И этот проприетарный пользовательский код вызывает ощущение, что Android гораздо более закрыт, чем типичный дистрибутив Linux.

Вы не можете кастомизировать ОС Android – по умолчанию

Если дистрибутив Linux как правило достаточно просто модифицировать на уровне операционной системы, пользователи Android по умолчанию не могут получить доступ к базовой ОС на своем смартфоне или планшете. Чувствительные разделы надежно защищены от их вмешательства. Но эта оговорка «по умолчанию» имеет значение, поскольку вы можете получить доступ к разделам, обычно закрытым на вашем устройстве, используя дыры в безопасности Android – это процесс получения рут-прав.

Итак, несмотря на то, что Android значительно меньше подвержен кастомизации, чем типичный дистрибутив Linux, существуют возможности получить доступ к базовой операционной системе.

Заключение

Итак, возвращаемся к исходному вопросу: является ли Android дистрибутивом Linux? В целом, все сводится к тому, что вы подразумеваете под дистрибутивом Linux. Если вы согласны с тем, что мы должны относить к дистрибутивам Linux GNU/Linux, а не Linux, тогда ответ отрицательный, поскольку Android включает в себя очень малую часть ПО GNU.

Если вы определяете дистрибутив Linux как операционную систему, которая включает в себя ядро Linux и соответствует одному или более дополнительным условиям, тогда ответ вероятнее всего также будет отрицательным. Несмотря на то, что каждый Android-смартфон или планшет включает в себя ядро Linux, Android полностью не соответствует ни одной другой характеристике из тех, что обычно ассоциируются с дистрибутивами Linux. К примеру, Android совершенно очевидно является продуктом одной компании, он несовместим с обычными приложениями для Linux, и даже несмотря на то, что AOSP имеет открытый исходный код, та версия Android, с которой мы имеем дело на коммерческих устройствах, кажется гораздо более закрытой, чем можно было бы ожидать от дистрибутива Linux, благодаря проприетарному пользовательскому коду.

Однако если вы определяете дистрибутив Linux как операционную систему, которая основана на ядре Linux, тогда Android является дистрибутивом Linux. Возможно, это необычный, высокоспециализированный дистрибутив, но это такой же дистрибутив, как Ubuntu, Fedora, Debian и любая другая операционная система, основанная на ядре Linux.

А каково ваше мнение? Является ли Android дистрибутивом Linux просто по причине наличия в нем ядра Linux? Или операционная система должна соответствовать ряду дополнительных критериев, чтобы можно было считать ее дистрибутивом Linux?

Источник