Android operating system users

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

Documentation of Operating Systems and Developers

Android operating system

Android OS

The android platform was founded by Google and offers on the base the Linux kernel 2.6 a uniform interface for mobile equipment and programmes. Through this it is easily to port and is programmed in Java. After the conversion into the own binary program format Dalvik (.dex) it is not compatible to Java any more. Advantage is the faster execution and the lower memory footprint of programmes than in pure Java. Every Dalvik application is executed in a Dalvik VM of its own. Applications can access all equipment functions. This makes it possible for the programmer to make innovative programmes which offers the user high value by the combination of all sorts of data sources with the equipment functions.

The Eclipse IDE with an official plugin is used for the development. The operating system Android for Smartphones is supported by the Open Handset Alliance. Including more than 30 communication provider, equipment and semiconductor manufacturers as well as software companies. Because Android is an open platform in the meaning of the software and product development the source code shall be available completely at a later time and is in opposite with the market leading closed operating systems Symbian, Palm OS and Windows Mobile.

Android include C/C++ function libraries used by different parts of the operating system.

• Surface manager for 2D and 3D even overlay display
• System C library, specialized for Linux-based devices (BSD implementation)
• SGL, 2D graphic system
• 3D libraries, based on OpenGL ES 1.0 APIs with hardware or software accelerated 3D display
• Media libraries for playback and record of audio, graphic and video formats (MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG)
• LibWebCore, Android internet browser
• FreeType, for representing of bitmap and vector fonds
• SQLite, an efficient and slim relational database for all applications

The Android SDK is available for Linux, MacOS and Windows. It contains an emulator with the surface of Android to try applications. After unpacking the SDK the emulator can be found in the subdirectory » oolsemulator.exe» that shows a HTC Smartphone with keyboard.
Standard programs for e-mail, SMS, contacts, calendar, road maps, internet browser and others are preinstalled.

The first Google Android Developer Challenge (ADC) started in April 2008 for engaged programmers to realize and present ideas. Approximately 1,800 programmes were submitted and 20 honoured with a price money under the best 50. Part of the best applications are for example cab4me by combination of Google Maps, GPS signal and a database to send a taxi in the simplest mode by click to the current position on the map. Or GoCart which reads the bar code of goods with the mobile telephone camera and looks over onlineshops and registered shops in the circumference for the best price.

Google creates a sales platform for Smarthone applications with Android Market. At first the market place is provided free of charge. The first Android mobile telephone cames from the taiwanese manufacturer HTC with the T-Mobile G1 smartphone starting at October 22nd, 2008 in the USA and at the beginning of 2009 in Germany. The Android Market was renamed in Google Play on 6th March 2012.

The market research group Gartner, Inc. released a press news about the worldwide market share of smartphone ventors and operating systems on 19th August 2016. In the 2nd quarter 2016, 296.9 million Android units have been sold, this represents a market share of 86.2%. The Android operating system increased his share, in 2nd quarter 2015 the market share was 82.2% with 271.6 million units sold.

Источник

Основы безопасности операционной системы Android. Native user space, ч.2

Вступление

Сегодня я продолжу рассматривать безопасность на уровне немного выше ядра. Во второй части мы рассмотрим, откуда появляются system.img, userdata.img и cache.img, а также как обеспечивается безопасность в Native user space.
Всем кому интересно, добро пожаловать!

Список статей

Что подразумевается под Native user space

Под Native user space подразумеваются все компоненты пространства пользователя, которые выполняются вне Dalvik Virtual Machine, и которые не являются частью Linux kernel. Native user space — это исполняемые файлы, скомпилированные под определенную архитектуру. К ним относятся исполняемые файлы, которые запускаются из init скрипта автоматически или в случае наступления какого-либо события, toolbox утилиты, а также некоторые исполняемые файлы, которые пользователь может запустить из-под shell.

Начало

Как я уже рассказывал в первой части, в основе Android лежит Linux kernel. Как и во всех Linux системах, в основе безопасности Android лежит access control. Т.е. каждый ресурс (например, файл) содержит мета-информацию о том, кто создал этот файл — owner (владелец) — и к какой основной группе (owner group) принадлежит owner (владелец). Каждый процесс запускается от имени какого-то user (пользователя). У каждого пользователя есть основная группа. Кроме того он может являться членом других групп. Таким образом, если к каждому ресурсу прикрепить информацию (в формате rwxrwxrwx) о том, кто может читать/писать/исполнять ресурс (например, файл), то можно контролировать доступ к этому файлу. Например, файлу можно назначить разрешения: что может делать с этим файлом owner (владелец) этого файла; что могут делать пользователи, которые входят в состав owner group; что могут творить все остальные. Здесь об этом можно почитать подробнее.

Но у Android есть некоторые отличия. Во-первых, изначально Android — это операционная система для телефонов, которые, как известно, относятся к очень личным вещам и которые мы не любим давать в чужие руки. То есть она была задумана как операционная система, у которой только один пользователь. Поэтому было принято решение использовать различных Linux users для обеспечения безопасности (для каждого приложения — отдельный пользователь, как я уже рассказывал в первой статье). Во-вторых, в Android некоторые user (пользователи) и их UID (идентификаторы) были жестко запрограммированы в систему, что вызывает очень много нареканий людей связанных с безопасностью (хотя я, если честно, не очень понимаю, почему критикуется такой подход). Мы уже видели этих пользователей в файле system/core/include/private/android_filesystem_config.h Например, root имеет идентификатор 0, а system — 1000.

Как я уже отмечал, процесс запускается от имени того же пользователя (UID), что и процесс, который запускает этот новый процесс, т.е. UID(calling_process) == UID (called_process). Первый процесс, который запускается в Android — init — запускается от имени root (UID == 0). Таким образом, по-идее, все процессы также должны быть запущены от имени того же пользователи. Так оно, наверное, бы и было. Но, во-первых, процессы, запущенные от имени привилегированного пользователя (а так же те, кто обладает определенными capabilities), могут изменять свой UID на менее привилегированный. А во-вторых, в Android при запуске демонов в init.rc скрипте так же можно указать, с привилегиями какого пользователя и каких групп запускать данный процесс.

Все процессы, которые будут запущены через этих демонов, уже не будут иметь root привилегии.

System, data и cache

Я столько раз анонсировал эту тему, что можно было подумать, что она очень сложная и запутанная. На самом деле, это не так. System.img, userdata.img и cache.img — то, что получается в результате компиляции операционной системы Android. То есть в результате сборки системы получаются эти три файла, которые мы и записываем на наше устройство.

Но самое важно здесь не это. Благодаря тому, что в Android системе user name и UID системных пользователей жестко запрограммированы, уже на этапе компиляции мы можем определить права доступа различных системных пользователей к различным директориям в данных образах. Эти права доступа указаны в файле system/core/include/private/android_filesystem_config.h, который мы уже рассматривали в первой статье. Права доступа определяются отдельно для директорий (android_dirs[]) и отдельно для файлов (android_files[]) следующим образом:

А функция static inline void fs_config(const char *path, int dir, unsigned *uid, unsigned *gid, unsigned *mode, uint64_t *capabilities), которая определена дальше в этом файле отвечает за выставление owner, owner group, capabilities и прав доступа. Эта функция вызывается во время сборки образа.

В общем здесь всё должно быть более-менее понятно, за исключением установки флагов прав доступа (setuid и setgid) для некоторых файлов (например, для «system/xbin/su» права доступа определены как 06755, где первая 6 означает, что выставлен флаг установки ID пользователя (4) и флаг установки ID группы (2)). Установка этих флагов означает, что пользователь может повысить права запускаемого процесса до уровня owner (владельца) файла или owner group (группы владельца). В случае Android, каждое приложение — это пользователь со своими UID и GID. Таким образом, по умолчанию если вы из своего приложения запускаете какой-нибудь native executable, он исполняется с теми же UID и GID, как и приложение его вызвавшее. Установка данных флагов прав доступа позволяет выполнить native executable с правами владельца. В нашем случае, владелец — AID_ROOT (root). Происходит это следующим обрзазом system/extras/su/su.c:

Т.е. вызываются функции setuid и setgid. В этом случае, если данные функции выполнились успешно, то процесс начинает работать от имени owner и owner group данного файла. В нашем примере, данный процесс получает права суперпользователя, т.е. он может делать всё, что ему пожелается 🙂 Подобная анархия не всегда оправдана, поэтому в Linux ввели понятие capabilities. Так приложению «run-as» не нужны всё права суперпользователя, ему достаточно иметь возможность только менять свой идентификатор, чтобы запускать приложения от имени различных пользователей. Кстати, capabilities похоже появились недавно — в Android 2.3.x я их не встречал.

Безопасность

В случае привилегированных программ (типа, su) необходимо ограничивать круг приложений, которые могут вызывать эти программы. В противном случае любое приложение может получить права суперпользователя. Поэтому очень часто в такие программы встраивают проверку по UID:

Т.е. программа вначале проверяет, от чьего имени запущен вызывающий процесс, используя функцию getuid(). А потом сравнивает эти значения со значениями, которые жестко запрограммированы в систему. В данном случае, только процессы запущенные от имени пользователей «system» и «root» имеют право использовать su.

Заключение

В данной статье мы закончили разбирать, как обеспечивается безопасность на уровне Native user space. В следующих статьях я планирую разобрать, как работают permission (разрешения), но в связи с большой текущей загрузкой не знаю, когда приступлю к их написанию. Как всегда, буду очень рад дополнениям и исправлениям.

Источник