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
Потоковое видео в Android
В этой заметке я хочу рассказать о некоторых подводных камнях, с которыми можно столкнуться при работе с потоковым видео в Android приложениях. Конкретно, речь пойдёт о конвертации видео и протоколах доставки/воспроизведения видео.
Сразу оговорюсь, что экспертом я в данной области не являюсь, а лишь хочу поделится недавно полученным опытом.
Представим, что перед вами стоит задача реализовать Android приложение, способное проигрывать множество файлов, заливаемых пользователями на ваш сервер. Написать свой youtube, с блекджеком и кодеками. Для этого вам придётся решить как минимум две задачи: конвертации видео к поддерживаемому на Android формате, воспроизведение видео с удалённого источника. Рассмотрим обе эти задачи более подробней.
Конвертация видео
И так, прежде чем воспроизвести какое-то видео нашем Android устройстве, надо это видео перекодировать в поддерживаемый формат. В документации к Android чётко обозначен список этих самых форматов.
Для того, что бы перекодировать файлы, заливаемые пользователями на ваш сервис, или же записать поток с TV-тюнера, вам потребуется помощь специальной утилиты ffmpeg, являющейся де-факто стандартом в отрасли. Подробную инструкцию по её установке можно найти на сайте одноимённого проекта.
Наиболее распространённым сейчас (на мой взгляд) способом хранения видео является контейнер MP4 с использованием кодека H.264 AVC. Их мы, собственно, и рассмотрим.
Первым делом обратите внимание, что Android поддерживает не все возможности кодека H.264, а только определённый набор — профиль, именуемый Baseline Profile(BP). Так, например, в BP не входят такие полезные фичи H.264 как CABAC или B-Frames.
Для нас это значит, что если мы будем использовать эти фичи при кодировании видео, то Android проигрывать это видео будет не обязан. Хотя и может, если ваш телефон достаточно мощный и вендор позаботился об установке и поддержке дополнительных кодеков. Так, например, видео в Main Profile без проблем проигрывается на Samsung Galaxy SII. На телефонах же обычного класса (например, Samsung Galaxy Ace) мы получим сообщение о невозможности воспроизведения видео и ошибку с кодом неверного кодека в logcat‘е.
Но перейдём от теории к практике. Для того, что бы пережать видео, необходимо выполнить следующую команду:
ffmpeg -i in.3gp -f mp4
-vcodec libx264 -vprofile baseline -b:v 1500K
-acodec libfaac -b:a 128k -ar 44100 -ac 2
-y out.mp4
Рассмотрим подробнее каждый из параметров:
- -i src входной (перекодируемый) файл;
- -f mp4 используемый видеоконтейнер;
- -vcodec libx264 используемый видеокодек;
- -vprofile baseline используемый профиль;
- -b:v 1500K bitrate;
- -acodec libfaac используемый аудиокодек;
- -b:a 128k аудио bitrate;
- -ar 44100 частота звука;
- -ac 2 количество аудиопотоков;
- -y флаг перезаписи выходного файла;
Так же стоит отметить, что можно обойтись и без указания профиля, а явно включить/отключить нужные опции кодека H.264 через параметр -x264opts, так что бы они удовлетворяли условиям BP. Но это же занятие для любителей.
Раздача видео
Самый простой способ воспроизвести видео с удалённого сервера — это скачать его во временное хранилище и воспроизвести локально. Однако, думаю всем понятно, что в виду размеров современных видеозаписей — это не вариант.
Как же быть? Платформа Android предлагает нам нативную поддержку следующих технологий/протоколов:
- HTTP/HTTPS progressive streaming;
- HTTP/HTTPS live streaming;
- RTSP (RTP, SDP);
Рассмотрим их по порядку.
Progressive streaming
Наиболее простой способ раздачи видео с помощью обычного web-сервера, сводящийся по сути к скачиванию заранее подготовленного файла по HTTP(S) протоколу. Вся соль в данном случае заключается в том, что воспроизведение файла начинается не по окончанию загрузки, а как только будет скачано достаточно данных (наполнен некоторый буфер).
Тут стоит уточнить, что при использовании контейнера MP4, необходимо сформировать файл так, что бы метаданные о видео потоке (moov atoms) располагались в начале файла (после атома ftyp), перед видеоданными (mdat atoms). Сделать это можно с помощью обработки файла утилитой qt-faststart:
Основной проблемой progressive streaming‘а является невозможность перемотки видео к нескачанному моменту, наличие достаточного количества свободного места на устройстве и необходимость поддержки большого числа «толстых» клиентов, скачивающих видео, на web-сервере.
Воспроизведение с помощью данной технологии поддерживается платформой Android нативно. Вы без проблем (если не считать канал связи, мощность девайса и наличие свободного места) сможете проиграть удалённый файл с помощью стандартного класса MediaPlayer.
Pseudo streaming
Данная технология является логическим расширением progressive streaming‘a и позволяет решить одну из его главных проблем — перемотки к ещё не скачанному фрагменту. Применима для контейнеров MP4/FLV с кодеком H.264/AAC.
Единственным отличием от progressive streaming‘a в данным случае является, тот факт, что вам потребуется специальный web-сервер, который с учётом временной метки в GET-запросе будет отдавать нужный вам фрагмент видео файла. Примером такого web-сервера естественно может служить православный NGINX с его ngx_http_mp4_module.
Мне не удалось найти какой-либо официальной информации относительно поддержки данного стандарта в Android. Однако, эмперическим путём было установлено, что она присутствует как минимум на устройствах HTC Desire и Samsung Galaxy SII. Однако, хочу обратить внимание, что да же в случае отсутствия нативной поддержки на вашем устройстве всегда можно воспользоваться сторонними плеерами типа MX Player, которые самостоятельно реализуют логику скачки и воспроизведения фрагментов видео с нужной временной меткой, что позволяет организовать перемотку.
Live streaming
Довольно нестандартный протокол передачи данных от компании Apple. Суть его сводится к тому, что раздаваемый файл «пилится» на множество небольших частей, объединяемых спецтальным файлом-playlist’ом формата M3U8. Передача данных происходит по протоколу HTTP(S).
Ни каких проблем с перемоткой и свободным местом на устройстве в данном случае не возникает. Более того, при некоторых условиях у вас появляется возможность выбирать качество проигрываемого видео.
Однако, появляются и проблемы. Для «распила» файла и создания playlist’а потребуется ресурсы процессора, время и место на сервере. Для вещания файла в сеть, как и в предыдущих примерах, потребуется HTTP сервер (без каких-либо дополнительных модулей).
«Распилить» видео файл можно использовать VLC:
Воспроизвести такой файл можно по URL localhost/pornofilm.m3u8.
Поддержка HTTP Live Streaming на нативном уровне в Android присутствует начиная с версии 3.0. С помощью сторонних плееров (DicePlayer, MX Player), судя по wiki, можно добиться поддержки с версии 2.2.
Real Time Streaming Protocol (RTSP)
Протокол прикладного уровня с поддержкой состояния, разработанный специально для передачи видео. Формат команд очень напоминает HTTP. Сами же команды напоминают кнопки на обычном кассетном магнитофоне: PLAY, PAUSE, RECORD и т.д.
В отличие от HTTP Live Streaming RTSP не требует разбиения фалов на мелкие части и составления playlist’ов. Нужные части файла будут генерироваться и отдаваться клиенту налету. В качестве RTSP сервера можно использовать VLC.
Стоит заметить, что сам протокол RTSP не определяет способ передачи данных, а делегирует это другим протоколам. Например, RTP. Для вещания файла по протоколу RTP нужно будет запустить VLC со следующими параметрами:
Однако, поднимать для каждого файла свой процесс с отдельным портом вне зависимости от наличия пользователей, желающих его просмотреть, было бы глупо.
Поэтому вернёмся к протоколу RTSP и воспроизведению видео по требованию (Vidoe On Demand). Для того, что бы использовать VLC в качестве RTSP сервера для проигрывания VOD необходимо прежде всего запустить VLC, указав атрибуты RTSP сервера и Telnet интерфейса:
vlc -vvv -I telnet —telnet-password 123 —rtsp-host 127.0.0.1 —rtsp-port 5554
После этого как сервер запущен, необходимо произвести его настройку. Делать это удобнее всего с помощью telnet‘a, так как такой подход даёт возможность настройки налету:
setup porno input /path/to/pornofilm.mpg
Для воспроизведения видео (в том числе и на платформе Android) необходимо запросить его по URL rtsp://localhost:5554/pornofilm.
Из недостатков можно отметить тот факт, что HTTP открыт зачастую на всех firewall’ах и проксях… с RTSP в случае политики Deny,Allow всё иначе.
Кроме того, при использовании RTSP-сервера для добавления/удаления файлов на сервере придётся обновлять его конфигурацию (список vod’ов). Да, для этого есть telnet, но это всё равно сложнее, чем просто заливать или удалять файлы из каталогов web-сервера.
Воспроизведение с помощью данной технологии поддерживается платформой Android нативно. Например, с помощью всё того же стандартного класса MediaPlayer.
Multicast
Многие считают, что multicast не работает в Android. Это не совсем так.
Во первых, в большинстве случаев он просто отключен по умлочанию, что бы не грузить ресурсы девайса лишней работой. Его можно просто включить.
Во вторых, да — на довольно внушительном количестве устройств он отключен во все или работает некорректно. В интернетах, поэтому поводу можно найти много слёз и даже некоторые решения.
Однако, как показывает практика, проигрывать multicast видео на Android всё можно. В моём случае с этой задачей удачно справился недавно вышедший VLC Beta для Android.
Кроме того с помощью VLC-сервера всегда можно свести воспроизведение multicast‘a к HLS:
new multicast-porno vod enabled
setup multicast-porno input udp://@192.168.20.1:1234
Попытать удачу с проигрыванием multicast’a на вашем устройстве вы можете, передав плееру URL вида udp://@192.168.20.1:1234.
Что выбрать
Если с форматом видео всё ясно (H.264 BP / MP4), то со спобом дистрибуции вопрос открыт. У каждого их них есть свои достоинства и недостатки.
Первым делом из рассмотрения я бы убрал обычный progressive streaming. Да он работает всегда и везде, но отсутствие перемотки и загрузка всего файла целиком — это уже слишком.
Следующим кандидатом на вылет является live streaming. Главным его недостатком является нативная поддержка в Android начиная с версии 3.0. А игнорирование более 80% пользователей c версией 2.x — не вариант. Хотя тут можно посмотреть на сторонний плеер, или заняться собственной реализацией (свободных наработок для поддержки HLS я, увы, не нашёл).
И последним я бы вычеркнул RTSP. Да, это протокол, разработанный специально для видео. Да, его использование идейно верно. Но есть два момента. Во первых — необходимо постоянно обновлять конфигурацию сервера. Во вторых, HTTP открыт всегда и везде, чего нельзя сказать о RTSP/RTP.
Лично я бы остановился на pseudo streaming. Он позволяет осуществлять перемотку и при этом не скачивать весь файл полностью. От нас требуется только немного донастроить web-сервер.
Источник
