Мобильная платформа android что это

Как работает Android, часть 1

В этой серии статей я расскажу о внутреннем устройстве Android — о процессе загрузки, о содержимом файловой системы, о Binder и Android Runtime, о том, из чего состоят, как устанавливаются, запускаются, работают и взаимодействуют между собой приложения, об Android Framework, и о том, как в Android обеспечивается безопасность.

Немного фактов

Android — самая популярная операционная система и платформа для приложений, насчитывающая больше двух миллиардов активных пользователей. На ней работают совершенно разные устройства, от «интернета вещей» и умных часов до телевизоров, ноутбуков и автомобилей, но чаще всего Android используют на смартфонах и планшетах.

Android — свободный и открытый проект. Большинство исходного кода (который можно найти на https://source.android.com) распространяется под свободной лицензией Apache 2.0.

Компания Android Inc. была основана в 2003 году и в 2005 году куплена Google. Публичная бета Android вышла в 2007 году, а первая стабильная версия — в 2008, с тех пор мажорные релизы выходят примерно раз в год. Последняя на момент написания стабильная версия Android — 7.1.2 Nougat.

Android is Linux

По поводу такой формулировки было много споров, так что сразу поясню, что именно я имею в виду под этой фразой: Android основан на ядре Linux, но значительно отличается от большинства других Linux-систем.

Среди исходной команды разработчиков Android был Robert Love, один из самых известных разработчиков ядра Linux, да и сейчас компания Google остаётся одним из самых активных контрибьюторов в ядро, поэтому неудивительно, что Android построен на основе Linux.

Как и в других Linux-системах, ядро Linux обеспечивает такие низкоуровневые вещи, как управление памятью, защиту данных, поддержку мультипроцессности и многопоточности. Но — за несколькими исключениями — вы не найдёте в Android других привычных компонентов GNU/Linux-систем: здесь нет ничего от проекта GNU, не используется X.Org, ни даже systemd. Все эти компоненты заменены аналогами, более приспособленными для использования в условиях ограниченной памяти, низкой скорости процессора и минимального потребления энергии — таким образом, Android больше похож на встраиваемую (embedded) Linux-систему, чем на GNU/Linux.

Другая причина того, что в Android не используется софт от GNU — известная политика «no GPL in userspace»:

We are sometimes asked why Apache Software License 2.0 is the preferred license for Android. For userspace (that is, non-kernel) software, we do in fact prefer ASL 2.0 (and similar licenses like BSD, MIT, etc.) over other licenses such as LGPL.

Android is about freedom and choice. The purpose of Android is promote openness in the mobile world, and we don’t believe it’s possible to predict or dictate all the uses to which people will want to put our software. So, while we encourage everyone to make devices that are open and modifiable, we don’t believe it is our place to force them to do so. Using LGPL libraries would often force them to do just that.

Само ядро Linux в Android тоже немного модифицировано: было добавлено несколько небольших компонентов, в том числе ashmem (anonymous shared memory), Binder driver (часть большого и важного фреймворка Binder, о котором я расскажу ниже), wakelocks (управление спящим режимом) и low memory killer. Исходно они представляли собой патчи к ядру, но их код был довольно быстро добавлен назад в upstream-ядро. Тем не менее, вы не найдёте их в «обычном линуксе»: большинство других дистрибутивов отключают эти компоненты при сборке.

В качестве libc (стандартной библиотеки языка C) в Android используется не GNU C library (glibc), а собственная минималистичная реализация под названием bionic, оптимизированная для встраиваемых (embedded) систем — она значительно быстрее, меньше и менее требовательна к памяти, чем glibc, которая обросла множеством слоёв совместимости.

В Android есть оболочка командной строки (shell) и множество стандартных для Unix-подобных систем команд/программ. Во встраиваемых системах для этого обычно используется пакет Busybox, реализующий функциональность многих команд в одном исполняемом файле; в Android используется его аналог под названием Toybox. Как и в «обычных» дистрибутивах Linux (и в отличие от встраиваемых систем), основным способом взаимодействия с системой является графический интерфейс, а не командная строка. Тем не менее, «добраться» до командной строки очень просто — достаточно запустить приложение-эмулятор терминала. По умолчанию он обычно не установлен, но его легко, например, скачать из Play Store (Terminal Emulator for Android, Material Terminal, Termux). Во многих «продвинутых» дистрибутивах Android — таких, как LineageOS (бывший CyanogenMod) — эмулятор терминала предустановлен.

Второй вариант — подключиться к Android-устройству с компьютера через Android Debug Bridge (adb). Это очень похоже на подключение через SSH:

Из других знакомых компонентов в Android используются библиотека FreeType (для отображения текста), графические API OpenGL ES, EGL и Vulkan, а также легковесная СУБД SQLite.

Кроме того, раньше для реализации WebView использовался браузерный движок WebKit, но начиная с версии 7.0 вместо этого используется установленное приложение Chrome (или другое; список приложений, которым разрешено выступать в качестве WebView provider, конфигурируется на этапе компиляции системы). Внутри себя Chrome тоже использует основанный на WebKit движок Blink, но в отличие от системной библиотеки, Chrome обновляется через Play Store — таким образом, все приложения, использующие WebView, автоматически получают последние улучшения и исправления уязвимостей.

It’s all about apps

Как легко заметить, использование Android принципиально отличается от использования «обычного Linux» — вам не нужно открывать и закрывать приложения, вы просто переключаетесь между ними, как будто все приложения запущены всегда. Действительно, одна из уникальных особенностей Android — в том, что приложения не контролируют напрямую процесс, в котором они запущены. Давайте поговорим об этом подробнее.

Основная единица в Unix-подобных системах — процесс. И низкоуровневые системные сервисы, и отдельные команды в shell’е, и графические приложения — это процессы. В большинстве случаев процесс представляет собой чёрный ящик для остальной системы — другие компоненты системы не знают и не заботятся о его состоянии. Процесс начинает выполняться с вызова функции main() (на самом деле _start ), и дальше реализует какую-то свою логику, взаимодействуя с остальной системой через системные вызовы и простейшее межпроцессное общение (IPC).

Поскольку Android тоже Unix-подобен, всё это верно и для него, но в то время как низкоуровневые части — на уровне Unix — оперируют понятием процесса, на более высоком уровне — уровне Android Framework — основной единицей является приложение. Приложение — не чёрный ящик: оно состоит из отдельных компонентов, хорошо известных остальной системе.

У приложений Android нет функции main() , нет одной точки входа. Вообще, Android максимально абстрагирует понятие приложение запущено как от пользователя, так и от разработчика. Конечно, процесс приложения нужно запускать и останавливать, но Android делает это автоматически (подробнее я расскажу об этом в следующих статьях). Разработчику предлагается реализовать несколько отдельных компонентов, каждый из которых обладает своим собственным жизненным циклом.

In Android, however, we explicitly decided we were not going to have a main() function, because we needed to give the platform more control over how an app runs. In particular, we wanted to build a system where the user never needed to think about starting and stopping apps, but rather the system took care of this for them… so the system had to have some more information about what is going on inside of each app, and be able to launch apps in various well-defined ways whenever it is needed even if it currently isn’t running.

Для реализации такой системы нужно, чтобы приложения имели возможность общатся друг с другом и с системными сервисами — другими словами, нужен очень продвинутый и быстрый механизм IPC.

Этот механизм — Binder.

Binder

Binder — это платформа для быстрого, удобного и объектно-ориентированного межпроцессного взаимодействия.

Разработка Binder началась в Be Inc. (для BeOS), затем он был портирован на Linux и открыт. Основной разработчик Binder, Dianne Hackborn, была и остаётся одним из основных разработчиков Android. За время разработки Android Binder был полностью переписан.

Binder работает не поверх System V IPC (которое даже не поддерживается в bionic), а использует свой небольшой модуль ядра, взаимодействие с которым из userspace происходит через системные вызовы (в основном ioctl ) на «виртуальном устройстве» /dev/binder . Со стороны userspace низкоуровневая работа с Binder, в том числе взаимодействие с /dev/binder и marshalling/unmarshalling данных, реализована в библиотеке libbinder.

Низкоуровневые части Binder оперируют в терминах объектов, которые могут пересылаться между процессами. При этом используется подсчёт ссылок (reference-counting) для автоматического освобождения неиспользуемых общих ресурсов и уведомление о завершении удалённого процесса (link-to-death) для освобождения ресурсов внутри процесса.

Высокоуровневые части Binder работают в терминах интерфейсов, сервисов и прокси-объектов. Описание интерфейса, предоставляемого программой другим программам, записывается на специальном языке AIDL (Android Interface Definition Language), внешне очень похожем на объявление интерфейсов в Java. По этому описанию автоматически генерируется настоящий Java-интерфейс, который потом может использоваться и клиентами, и самим сервисом. Кроме того, по .aidl -файлу автоматически генерируются два специальных класса: Proxy (для использования со стороны клиента) и Stub (со стороны сервиса), реализующие этот интерфейс.

Для Java-кода в процессе-клиенте прокси-объект выглядит как обычный Java-объект, который реализует наш интерфейс, и этот код может просто вызывать его методы. При этом сгенерированная реализация прокси-объекта автоматически сериализует переданные аргументы, общается с процессом-сервисом через libbinder, десериализует переданный назад результат вызова и возвращает его из Java-метода.

Stub работает наоборот: он принимает входящие вызовы через libbinder, десериализует аргументы, вызывает абстрактную реализацию метода, сериализует возвращаемое значение и передаёт его процессу-клиенту. Соответственно, для реализации сервиса программисту достаточно реализовать абстрактные методы в унаследованном от Stub классе.

Такая реализация Binder на уровне Java позволяет большинству кода использовать прокси-объект, вообще не задумываясь о том, что его функциональность реализована в другом процессе. Для обеспечения полной прозрачности Binder поддерживает вложенные и рекурсивные межпроцессные вызовы. Более того, использование Binder со стороны клиента выглядит совершенно одинаково, независимо от того, расположена ли реализация используемого сервиса в том же или в отдельном процессе.

Для того, чтобы разные процессы могли «найти» сервисы друг друга, в Android есть специальный сервис ServiceManager, который хранит, регистрирует и выдаёт токены всех остальных сервисов.

Binder широко используется в Android для реализации системных сервисов (например, пакетного менеджера и буфера обмена), но детали этого скрыты от разработчика приложений высокоуровневыми классами в Android Framework, такими как Activity, Intent и Context. Приложения могут также использовать Binder для предоставления друг другу собственных сервисов — например, приложение Google Play Services вообще не имеет собственного графического интерфейса для пользователя, но предоставляет разработчикам других приложений возможность пользоваться сервисами Google Play.

Подробнее про Binder можно узнать по этим ссылкам:

В следующей статье я расскажу о некоторых идеях, на которых построены высокоуровневые части Android, о нескольких его предшественниках и о базовых механизмах обеспечения безопасности.

Источник

Android – платформа для всех

Платформа Android создает все больше возможностей для людей по всему миру и обеспечивает им доступ к необходимой информации.

Android позволяет компаниям разрабатывать удобные приложения, создавать высокотехнологичные устройства и распространять свои продукты даже по невысоким ценам. В результате мобильные технологии становятся доступны все большему числу людей.

Недорогие устройства, доступные по всему миру

Любой может бесплатно скачать исходный код Android, изменить его и опубликовать свою версию. Многие компании так и делают. Это позволяет им создавать недорогие устройства и продавать их по всему миру. В результате все больше людей начинают пользоваться смартфонами и мобильным Интернетом.

На некоторых рынках устройства Android продаются всего за 50 долларов Tech in Asia — Smartphone Adoption in the Philippines — April 2014 . Это на 349 долларов меньше, чем цена самого дешевого телефона на базе крупнейшей закрытой платформы Apple — apple.com online store (iPhone SE) .

Недорогих устройств Android становится все больше. По прогнозам, к 2019 году средняя цена смартфонов снизится на 21% IDC — Worldwide Smartphone Forecast Update, 2015–2019 — September 2015 .

Свобода выбора

Открытый исходный код Android позволяет производителям устройств разрабатывать новые решения, адаптируя операционную систему к своим телефонам и планшетам. Также они могут предустанавливать на устройства любые приложения. В результате выбор устройств и приложений становится шире.

Катализатор экономического роста

К 2020 году в сфере мобильных технологий будут работать 15 млн человек GSMA — Global Mobile Economy Report — 2015 (page 3) . С помощью Android производители устройств и разработчики будут создавать больше рабочих мест по всему миру.

Неограниченный доступ к информации

Android открывает людям двери в мир новых возможностей. Благодаря ей появляется все больше обучающих приложений, а жителям развивающихся стран становятся доступны недорогие устройства.

Факты об Android

Узнайте, как Android расширяет возможности людей, делает устройства более доступными и стимулирует конкуренцию.

Исходный код Android находится в открытом доступе, поэтому любой человек может скачать его, изменить и опубликовать свою версию – совершенно бесплатно. Этим Android отличается от закрытых операционных систем. Доступ к ним строго ограничен, а разработчики запрещают их модифицировать.

Чтобы использовать Android, производителям устройств необязательно предустанавливать приложения Google.

В Великобритании, Германии и Франции только 29% предустановленных приложений на флагманских телефонах 2016 года созданы Google. В оставшийся 71% входят приложения от производителей устройств, мобильных операторов и других компаний, таких как Facebook, Spotify, Box и Microsoft The Digital Reader — How to Download and Install Apps from Google Play for Your Fire Tablet — October 2015 .

Вместе с Play Маркетом производители устройств и мобильные операторы часто предустанавливают на устройства и другие магазины приложений, такие как Samsung Galaxy Apps и Xiaomi Market.

Влияние Android

Узнайте, какой вклад платформа Android внесла в развитие мобильной индустрии.

Возможности производителей смартфонов ограничены

У компаний, которые хотели выпускать смартфоны, было всего два пути: приобрести лицензию на операционную систему или создать собственную ОС. И то, и другое стоило дорого.

Android становится платформой с открытым исходным кодом

Google помогает основать организацию Open Handset Alliance и выпускает Android – ОС с открытым исходным кодом. Любой желающий может бесплатно скачать ее, изменить и установить на свое мобильное устройство.

Выходит Android 1.5 Cupcake

Появляется версия Android 1.5 Cupcake, которая позволяет производителям устройств (включая HTC и Samsung), а также операторам (T-Mobile, Deutsche Telekom и другим) изменять интерфейс телефонов Android Central — Android’s Early Days .

Появляются альтернативные платформы на базе Android

Выходит CyanogenMod – первая альтернативная операционная система на основе открытого исходного кода Android. Создатели закрытых платформ по-прежнему не разрешают модифицировать свои продукты Cyanogenmod — A new Chapter — September 2013 .

Android вносит разнообразие на рынок смартфонов

На собрании акционеров Google объявляет, что Android работает на 34 типах мобильных устройств в 49 странах, обеспечивая пользователям более широкий выбор, чем когда-либо ITPRO — Google claims 65,000 Android phones shipping daily — May 2012 .

Android оптимизируют для планшетов

Выходит версия Android 3.0 Honeycomb, которой удобно пользоваться на планшетах. Через некоторое время компания Amazon выпускает планшет Kindle Fire под управлением Fire OS, операционной системы на базе Android. В первом квартале 2016 года Amazon станет третьим по величине продавцом планшетов IDC — Apple Beats Microsoft at Their Own Game While Amazon Primes the Low End of the Tablet Market, According to IDC — April 2016 .

Появляется Google Play

Google перезапускает сервис Android Market под названием Google Play. Как и раньше, он позволяет разработчикам публиковать свои приложения в течение нескольких часов (а не дней, как на закрытых платформах) The App Maker Blog — How Long Does it Take for Your App to be Approved? — August 2014 .

Facebook создает свою платформу для Android

Платформа получила название Facebook Home и вышла лишь на некоторых устройствах Android. Ее дизайн основывался на приложениях социальной сети. Например, вместо главного экрана пользователи видели ленту новостей Facebook Facebook Newsroom — Introducing Home — April 2013 .

Android выходит за рамки мобильных устройств

Компании Audi, GM, Google, Honda, Hyundai и NVIDIA основывают организацию Open Automotive Alliance (OAA) с целью сделать платформу Android доступной для автомобилей. В OAA уже входят более 45 ведущих марок Android — Android.com .

Смартфоны становятся все более доступными

Благодаря инновационным решениям производителей появляется все больше устройств Android стоимостью до 50 долларов Tech in Asia — Smartphone Adoption in the Philippines — April 2014 . На базе закрытых платформ такие дешевые смартфоны пока не выпускают.

Выбор устройств на базе Android продолжает расти

На сегодняшний день почти 1300 компаний создали более 24 000 устройств на базе Android OpenSignal — Android Fragmentation Visualized — August 2015 . В период с 2015 по 2016 год было выпущено более 600 устройств Google — Google I/O 2016 . Кроме того, появилось множество международных и несколько региональных магазинов, где продаются приложения для Android Business of Apps — The Ultimate App Store List — February 2015 .

Количество уникальных устройств Android в мире

Больше инноваций – больше возможностей.

Платформа Android позволяет компаниям создавать самые разнообразные устройства. За последние 10 лет количество уникальных устройств Android в мире значительно возросло: в 2009 году их было всего 38, а в 2016 году стало более 20 000.

Источник