Исходный код системы android

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

Русские Блоги

Подробное введение в исходный код системы Android Система сборки

Предисловие

Недавно я занимаюсь разработкой системы, и многие знания нужно обобщить и разобрать. Недавно, когда я писал файлы Makefile, я нашел несколько статей в Интернете и обнаружил, что эта статья очень ценна для начала работы.«Подробное введение в исходный код системы Android. Система сборки»Большая часть содержания статьи перепечатана в оригинальном тексте. Я собираюсь отсортировать его и разместить в своем блоге для удобства.

1. Файл Android.mk, содержащий C

В предыдущей ранней версии мы загрузимNDKКогда обычно бывает одинhello-jniЭтот вариант использования удобен для изучения и понимания самостоятельно. Поскольку мы не можем его найти, я опубликую здесь содержание.

Пояснение к первой строке

Эта переменная указывает расположение исходного файла в дереве разработки. Здесь создайте макрос-функцию, предоставляемую системой my-dir Вернется в текущий каталог ( Android.mk Путь к каталогу, в котором находится сам файл.
LOCAL_PATH: это системная переменная, установленная системой сборки. Чтобы скомпилировать модуль, просто установите эти переменные по мере необходимости перед компиляцией, а затем выполните компиляцию.

Часто используемые системные переменные компиляции

имя переменной	Описание
LOCAL_SRC_FILES	Все файлы исходного кода, содержащиеся в текущем модуле.
LOCAL_MODULE	Имя текущего модуля. Это имя должно быть уникальным. По этому имени указываются зависимости между модулями.
LOCAL_C_INCLUDES	Путь к файлу заголовка, требуемый языком C или C ++.
LOCAL_STATIC_LIBRARIES	Имя библиотеки, которая нужна текущему модулю при статической компоновке.
LOCAL_SHARED_LIBRARIES	Имя динамической библиотеки, от которой зависит текущий модуль во время выполнения.
LOCAL_CFLAGS	Дополнительные параметры компиляции, предоставляемые компилятору C / C ++.
LOCAL_JAVA_LIBRARIES	Общая библиотека Java, от которой зависит текущий модуль.
LOCAL_STATIC_JAVA_LIBRARIES	Статическая библиотека Java, от которой зависит текущий модуль.
LOCAL_PACKAGE_NAME	Имя текущего приложения APK.
LOCAL_CERTIFICATE	Имя сертификата, которым подписано текущее приложение.

Собираюсь поднять отдельно LOCAL_MODULE_TAGS , Что означает метку, содержащуюся в текущем модуле. Значение тега может быть отладочным, английским, пользовательским, разработанным или необязательным. Среди них необязательная метка по умолчанию. Метки предназначены для использования скомпилированными типами. Разные типы компиляции будут устанавливать модули с разными тегами, так что же представляют значения этих тегов?

название	Описание
eng	Тип по умолчанию, этот тип компиляции подходит для фазы разработки. Если выбран этот тип, результатом компиляции будет: Установить модули с тегами eng, debug, user и development Установить все модули, не относящиеся к APK, без тегов Установить все модули APK, указанные в файле определения продукта
user	Этот тип компиляции подходит для стадии финального релиза. Если выбран этот тип, результатом компиляции будет: Установить все модули с пользовательскими тегами Установить все не-APK модули без тегов Установить все модули APK, указанные в файле определения продукта, и теги модулей APK будут проигнорированы
userdebug	Этот тип компиляции подходит для фазы отладки. Этот тип такой же, как и у пользователя, за исключением: Будут установлены модули, содержащие отладочные теги. Скомпилированная система имеет root-доступ.

Пояснение ко второй строке

CLEAR_VARS Переменная указывает на специальный файл GNU Makefile, который очистит многие LOCAL_XXX Переменные, например LOCAL_MODULE 、 LOCAL_SRC_FILES с участием LOCAL_STATIC_LIBRARIES , Обратите внимание, что GNU Makefile не очищает LOCAL_PATH , Эта переменная должна сохранять свое значение, потому что система анализирует все файлы управления сборкой в ​​одной среде выполнения GNU Make (все переменные в ней являются глобальными).

Перед описанием каждого модуля эту переменную необходимо объявить (повторно объявить).

Третий ряд

Вернемся к вышесказанному и посмотрим на определение LOCAL_MODULE.LOCAL_MODULE Модули должны быть определены для представления каждого модуля в Android.mk. Имя должно быть уникальным и не содержать пробелов. Система сборки автоматически добавит соответствующий префикс и суффикс. Например, foo Чтобы создать динамическую библиотеку, сгенерируйте libfoo.so , Но обратите внимание: если имя модуля установлено как: libfoo , Затем сгенерируйте libfoo.so .. Больше никаких префиксов.Зависимости между модулями обозначаются этим именем.

Четвертый ряд

Это предложение означает, что в исходном пути моего проекта есть только один файл, и это файл hello-jni.c в каталоге, где находится мой MK-файл.

Пятая строка

Последняя строка помогает системе соединить все вместе. BUILD_SHARED_LIBRARY Переменная указывает на сценарий GNU Makefile, который используется для сбора LOCAL_XXX Вся информация определена в переменной. Этот сценарий определяет, что строить и как это строить.

2. Файл Android.mk без C

Фактически, приведенный выше метод mk добавляет файлы jni в дерево исходных текстов. Давайте сначала изучим файл Android.mk, который не содержит файлов C, который является отображением первой написанной нами программы helloworld в дереве исходных текстов Android. Разберем содержимое Android.mk.

LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-java-files)

Мы видим, что формулировка здесь отличается от формулировки вышеупомянутого C. All-subdir-java-files представляет все java-файлы в подкаталоге, так что, если имеется несколько файлов C? Некоторые удобные функции также определены в системе сборки для использования в Android.mk, а именно:

• $ (call my-dir): получить текущий путь к папке.
• $ (call all-java-files-under,): получить все файлы Java в указанном каталоге.
• $ (call all-c-files-under,): получить все языковые файлы C в указанном каталоге.
• $ (call> all-Iaidl-files-under,): получить все файлы AIDL в указанном каталоге.
• $ (call> all-makefiles-under,): получить все Make-файлы в указанном каталоге.
• $ (call intermediate-dir-for ,, ,, ): получить путь к целевой папке для вывода сборки.

Третий ряд

LOCAL_PACKAGE_NAME: = LocalPackage // имя приложения

Это относится к имени текущего приложения APK. Это не то же самое, что LOCAL_MODULE. Оно не уникально. Оно эквивалентно имени appName в файле манифеста Manifest.xml.

Четвертый ряд

LOCAL_CERTIFICATE: = platform // Имя сертификата, подписывающего текущее приложение.

Это имя соответствует системной подписи, перед которой система содержит четыре типа подписи.

Тип подписи

• testkey
• media
• platform
• shared

Для четырех указанных выше ключей вы можете увидеть соответствующие ключи в исходном коде / build / target / product / security, где shared.pk8 представляет собой закрытый ключ, а открытый ключ shared.x509.pem должен отображаться парами. Среди них testkey является ключом подписи по умолчанию при компиляции Android. Если значение LOCAL_CERTIFICATE не установлено в android.mk apk в системе, testkey используется по умолчанию. И если для него установлено значение: LOCAL_CERTIFICATE: = platform, это означает использование платформы для подписи. В этом случае этот apk имеет ту же подпись, что и система, потому что подпись уровня системы также подписывается платформой, поэтому используйте android:sharedUserId=»android.uid.system» Только полезно!

Пятая строка

Исходный код Android содержит множество модулей, и есть много типов модулей, таких как: библиотеки Java, библиотеки C / C ++, приложения APK и исполняемые файлы. Кроме того, библиотеки Java или C / C ++ также можно разделить на статические или динамические библиотеки или исполняемые файлы, которые могут зависеть от устройства («устройство» в этой статье относится к устройству, на котором будет установлена ​​система Android, например, определенной модели мобильного телефона. Или планшет) также может быть направлен на хост («хост» в этой статье относится к машине, которая разрабатывает систему Android, например ПК с операционной системой Ubuntu, iMac или Macbook с MacOS). Шаги и методы компиляции различных типов модулей различны. Чтобы иметь возможность выполнять компиляцию различных типов модулей последовательно и удобно, вconfig.mk
Многие константы определены в . Каждая из этих констант описывает метод компиляции модуля определенного типа. Эти константы включают

• BUILD_HOST_STATIC_LIBRARY
• BUILD_HOST_SHARED_LIBRARY
• BUILD_SHARED_LIBRARY
• BUILD_EXECUTABLE
• BUILD_PACKAGE BUILD_PREBUILT
• BUILD_MULTI_PREBUILT
• BUILD_JAVA_LIBRARY
• BUILD_HOST_JAVA_LIBRARY

По названию можно угадать тип модуля, соответствующий каждой переменной. (В файле Android.mk модуля, если здесь указана соответствующая константа, может быть выполнена компиляция модуля соответствующего типа.

Значения этих констант представляют собой путь к другому Make-файлу, а подробный метод компиляции определяется в соответствующем Make-файле. Эти константы взаимно однозначно соответствуют Make-файлу, и соответствующие правила также очень просты: имя константы — это имя файла Make-файла без суффикса, все они изменяются на верхний регистр, а затем с префиксом «BUILD_». Например постоянная BUILD_HOST_PREBUILT Файл, соответствующий значению, — host_prebuilt.mk. Ниже приведены другие достойные соответствующие файлы mk.

имя файла	Описание
host_static_library.mk	Определяет, как скомпилировать статическую библиотеку на хосте
host_shared_library.mk	Определяет, как компилировать разделяемые библиотеки на хосте
static_library.mk	Определяет, как скомпилировать статическую библиотеку на устройстве
shared_library.mk	Определяет, как компилировать разделяемые библиотеки на устройстве
executable.mk	Определяет, как компилировать исполняемые файлы на устройстве
host_executable.mk	Определяет, как компилировать исполняемые файлы на устройстве
package.mk	Определите, как компилировать файлы APK
prebuilt.mk	Определите, как обрабатывать скомпилированный файл (например, пакет jar)
multi_prebuilt.mk	Определите, как поступать с одним или несколькими скомпилированными файлами, реализация которых зависит от файла prebuilt.mk.
host_prebuilt.mk	Обработка скомпилированных файлов, используемых на одном или нескольких хостах. Реализация этого файла зависит от файла multi_prebuilt.mk.
java_library.mk	Определите, как компилировать общие библиотеки Java на устройстве
static_java_library.mk	Определите, как скомпилировать статическую библиотеку Java на устройстве
host_java_library.mk	Определяет, как скомпилировать общие библиотеки Java на хосте

Зависимость

3. Переменные и макросы

Система сборки предоставляет множество Android.mk Переменные в файле. Многие из этих переменных были скопированы заранее. Остальные переменные назначаете вы.

• Имена, начинающиеся с LOCAL_, например LOCAL_MODULE.
• Имена, начинающиеся с PRIVATE_, NDK_ или APP. Система сборки использует эти переменные внутри себя.
• Имя в нижнем регистре, например my-dir. Система сборки также использует эти переменные внутри.
  Если вам нужно Android.mk Определите свои собственные переменные в файле, рекомендуется добавлять перед именем MY_ 。

Включить переменные, определенные NDK

В этом разделе обсуждается анализ системы сборки Android.mk GNU Make переменные, определенные перед файлом. В некоторых случаях NDK может решить Android.mk File, каждый раз используя разные определения некоторых переменных.

CLEAR_VARS
Сценарий сборки, на который указывает эта переменная, используется для отмены определения почти всех переменных LOCAL_XXX, перечисленных в разделе «Переменные, определенные разработчиком» ниже. Перед описанием нового модуля используйте эту переменную, чтобы включить этот сценарий. Синтаксис использования этой переменной:

BUILD_SHARED_LIBRARY
Сценарий сборки, на который указывает эта переменная, используется для сбора всей необходимой информации о модуле, который вы указали в переменной LOCAL_XXX, и определения того, как создать целевую общую библиотеку на основе перечисленных исходных файлов. Обратите внимание, что для использования этого сценария необходимо, чтобы у вас были как минимум назначены значения для LOCAL_MODULE и LOCAL_SRC_FILES (для получения дополнительной информации об этих переменных см. Переменные описания модуля).
Синтаксис использования этой переменной:

Переменные общей библиотеки заставляют систему сборки создавать файлы библиотеки с расширением .so.

PREBUILT_SHARED_LIBRARY
указывает на сценарий сборки, используемый для указания предварительно созданной общей библиотеки. В отличие от BUILD_SHARED_LIBRARY и BUILD_STATIC_LIBRARY, значение LOCAL_SRC_FILES здесь не может быть исходным файлом, а должно быть единственным путем к предварительно созданной разделяемой библиотеке, такой как foo / libfoo.so. Синтаксис использования этой переменной:

Вы также можете использовать переменную LOCAL_PREBUILTS для ссылки на предварительно созданную библиотеку в другом модуле. Для получения дополнительной информации об использовании готовых библиотек см.Используйте готовые библиотеки。

PREBUILT_STATIC_LIBRARY
То же, что и PREBUILT_SHARED_LIBRARY, но используется для предварительно созданных статических библиотек. Для получения дополнительной информации об использовании готовых библиотек см.Используйте готовые библиотеки。

Источник