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
Что такое Android? Вот все, что вам нужно знать.
Каждый пользователь Android-телефона, безусловно, желает расширить свои знания об устройстве своего мобильного аппарата. Для удовлетворения такой естественной потребности мы приводим статью, подготовленную по материалам одного из популярных интернет-журналов Android Authority описывающую Операционную Систему Android.
Android Authority:
Будучи пользователем старых телефонных «звонилок», рано или поздно настаёт время обновиться с приобретением современного смартфона. Остановив свой выбор на смартфоне с Операционной Системой Android (ОС Android), новые владельцы бывают в замешательстве, не зная, с чего начать. Прежде всего, необходимо понимать, что смартфон – это многофункциональныое мобильное устройство, позволяющее решать множество задач в повседневной жизни, включая звонки по сотовой связи.
Хотя большинство из нас точно знают, что такое Android и как его использовать, все же есть ряд людей, которые плохо знакомы с мобильной Операционной Системой от корпорации Google.
А Вы новичок в Android?
Если да, тогда эта статья специально для вас.
Android развивался с годами и быстро стал доминирующей мобильной платформой во всем мире. По данным агентства StatCounter, по состоянию на июль 2020 года Android занимает более 74% мирового рынка мобильных ОС.
Доля рынка мобильных Операционных Систем по всему миру по оценке StatCounter (июль 2020 года):
- Android — 74.6%;
- iOS — 24.82%;
- Samsung — 0.21%;
- Unknown — 0.13%;
- KaiOS — 0.1%;
- Windows — 0.04%.
Android — это операционная система
Android — это не телефон или приложение, а Операционная Система (ОС), основанная на ядре Linux. В самом простом определении Linux — это операционная система, наиболее часто встречающаяся на серверах и настольных компьютерах. Хотя ОС Android и разработана на базе Linux, но она не полностью использует стандартное ядро Linux. Android — это не просто версия Linux из-за множества изменений, она имеет множество собственных компонентов. При разработке операционной системы Android в ядро Linux было добавлено несколько функций, которые включают в себя: драйвер аварийной сигнализации, отладчик ядра, регистратор, управление питанием, драйвер общей памяти Android и т.д. Эти усовершенствования были построены поверх стандартного ядра Linux.
Резюмируя, можно сказать так, что Android — это специальная операционная система, разработанная для мобильных устройств, на которой работают ваши телефоны и приложения. Все, что вы видите на дисплее вашего устройства, является частью операционной системы. Когда вы получаете звонок, текстовое сообщение или электронное письмо, ОС обрабатывает эту информацию и переводит ее в удобочитаемый формат.
Фото №3. Samsung Galaxy Note 20 и Note 20 Ultra
Android имеет свои версии с различными номерами, что подразумевает значительное повышение функциональности и стабильности работы, и каждая из них имеет своё кодовое имя, как правило, наименование вкусного лакомства. Наверное вы слышали, как кто-то произносит: Android Marshmallow (“Печенье с орехами макадамии»), Nougat («Нью-йоркский чизкейк»), Oreo («Торт Oreo — сделанный из двух шоколадных вафель с кремовой начинкой между ними»), Pie («Пирог») или последняя версия Android 10. Так это всего лишь название версии Android, которая может быть у вас на телефоне. Современные смартфоны и планшеты, выпущенные в этом году, в основном работают под управлением Android 9 Pie или Android 10. Однако ожидается, что уже в этом году появится Android 11.
Производители Android-устройств, такие как Samsung, Huawei, HTC, Motorola, Sony, OnePlus и многие другие, обычно используют собственную фирменную оболочку поверх ОС. Обложка или наложение пользовательского интерфейса — это, по сути, индивидуальный дизайн, который добавляет дополнительные функции к вашему телефону, различные значки и другие настройки, разработанные для обеспечения уникального опыта для выбранного вами производителя телефона. Самые популярные фирменные оболочки это One UI от Samsung, OxygenOS от OnePlus и EMUI от Huawei. Телефон без каких-либо серьезных настроек обычно называют «базовым Android» («стандартным Android»), а пользовательские интерфейсы с незначительными изменениями (например, с телефонами Motorola) часто называют «близкий к базовому».
Начало работы с Android
Прежде чем мы начнем, важно отметить, что шаги, описанные в этой статье, выполняются с использованием устройства под управлением Android без наложения пользовательского интерфейса. Другими словами, между вашим устройством и тем, что показано ниже, может быть несколько отличий, но параметры и настройки аналогичны, и им будет легко следовать.
Начиная с самого начала, вам нужно сделать несколько шагов, чтобы настроить Android-устройство. При первом включении устройства вы увидите экран приветствия, на котором вам нужно будет выбрать язык. Прокрутите вверх или вниз, чтобы сделать свой выбор, а затем перейдите к следующему шагу, нажав кнопку со стрелкой/воспроизведением.
Если вы еще не вставили свою SIM-карту, на следующем экране вас попросят её вставить. Не волнуйтесь, если у вас её нет, вы можете пропустить этот шаг и продолжить настройку, а позже вставить SIM-карту в смартфон.
Фото №5. SIM-карта.
Далее вам будет предложено выбрать сеть Wi-Fi. Если вы находитесь в зоне действия сети Wi-Fi, мы рекомендуем подключиться к ней, так как мастер настройки может синхронизировать вашу информацию с аккаунтом Google на устройстве. Это требует времени и, что более важно, данных. Еще раз, вы также можете пропустить этот шаг, если у вас нет сети Wi-Fi, и синхронизировать устройство позже. Если вы можете подключиться к одной из них, сделайте это, нажав на имя, которое отображается в списке доступных сетей, а затем введите пароль.
На следующем экране вас спросят, есть ли у вас существующая учетная запись Google (аккаунт Google). Если вы не уверены, помните, что если вы пользуетесь Gmail, ответ — да. Если у вас его нет, рекомендуем зарегистрироваться. Наличие учетной записи Google значительно упростит работу с Android. Настройка учетной записи Google на вашем смартфоне или планшете предоставит вам легкий доступ ко всем приложениям Google, включая Gmail, Play Маркет, Календарь и другие, без необходимости каждый раз входить в систему. Вы можете создать учетную запись Google на своем ПК или прямо с телефона.
Если у вас есть готовая учетная запись (аккаунт) Google, нажмите «Да», после чего вам будет предложено ввести свой адрес электронной почты и пароль.
Затем вы сможете настроить некоторые ключевые службы Google, которые выбраны по умолчанию. Во-первых, это «Резервное копирование и восстановление», которое позволит вам создать резервную копию всей вашей информации, включая загрузки и контакты, что позволит вам легко восстановить эту информацию на вторичном или будущем устройстве Android. Вся сохраненная информация связана с учетной записью Google, которую вы ввели на предыдущем шаге.
Фото №7. Google Maps.
Второй и третий варианты зависят от вашего местоположения. Выбор варианта полностью зависит от вас. Службы определения местоположения могут быть важны, поскольку некоторые приложения могут требовать эту информацию для точной работы, например, Yellow Pages (Телефонный справочник «Желтые страницы») и Карты Google (Google Maps). К этим параметрам можно будет получить доступ в меню настроек позже, если вы передумаете. Наконец, вас спросят, хотите ли вы получать по электронной почте новости и предложения от Google Play. Теперь вы можете добавить имя устройства и настроить его. Если вы добавили учетную запись Google, ваше имя и фамилия уже должны быть сохранены.
Главный экран
Выполнив простые шаги по настройке устройства, вы попадете на Главный экран. Опять же, фактический вид домашнего экрана (его значки, элементы дизайна и т. Д.) могут значительно отличаться в зависимости от того, какое у вас устройство. Однако большинство возможностей домашнего экрана будет иметь одни и те же базовые элементы, в том числе Панель приложений, шторку уведомлений и док-станцию с несколькими ключевыми приложениями, такими как номеронабиратель, обмен сообщениями и т. д. Имейте в виду, что некоторые китайские OEM-производители действительно удаляют Панель приложений из управления, однако, это просто означает, что все приложения, которые вы установили на телефон, помещаются на Главные экраны, как и на iPhone.
Фото №9. Панель уведомлений «Star wars edition quick settings». Samsung Galaxy note 10 plus.
В верхней части экрана находится Панель уведомлений, которая включает значки для любых ожидающих уведомлений, которые у вас могут быть, таких как пропущенные вызовы, сообщения, электронные письма, предупреждения Facebook и даже игровые предупреждения. Вы можете получить доступ к уведомлениям, проведя свайпом сверху вниз. Когда Центр уведомлений открыт, вы можете смахнуть свайпом уведомление или нажать на уведомление, чтобы открыть соответствующее приложение.
На этой Панели уведомлений вы также можете получить доступ к некоторым быстрым переключателям для выбора настроек, таких как режимы будильника, включение / отключение Wi-Fi / Bluetooth / режим полета и многое другое. Внизу экрана вы увидите вышеупомянутую док-станцию (Панель быстрого доступа) с несколькими значками. Эти значки будут доступны на каждом экране. Вы можете выбрать, какие приложения вывести на Панель быстрого доступа, и в идеале они должны быть теми, которые вы часто используете.
Фото №10. Панель навигации. Samsung Galaxy S8.
В зависимости от вашего устройства и версии Android, на которой оно работает, под док-станцией может располагаться Панель навигации, состоящая из кнопки «Назад» (возвращает вас к предыдущему экрану), кнопки «Домой» (переводит вас на Главный экран. ) и кнопку «Обзор приложений» («Приложения, к которым вы последний раз обращались») (показывает приложения, которые вы недавно открывали). В старых телефонах под экраном есть физические кнопки, а не экранная Панель навигации, которая обычно имеет те же функции.
На последнем телефоне Android Панель навигации была заменена жестами, к которым нужно некоторое время привыкнуть, но которые обеспечивают более быстрый интерфейс и более чистый вид. Например, на телефонах Android 10 вы можете вернуться назад, проведя свайпом пальцем от края экрана вверх вместо того, чтобы нажимать специальную кнопку возврата.
Чтобы перемещаться между экранами, просто проводите пальцем слева направо. Когда вы дойдете до конца, они больше не будут переходить на следующий экран, если у вас не включена бесконечная прокрутка. Вы также можете видеть точки, соответствующие тому экрану, на котором вы находитесь. Нажав кнопку «Домой», вы вернетесь на Главный экран.
Познакомьтесь с магазином Google Play Маркет
У Google самый большой магазин мобильных приложений, в котором пользователям Android доступны почти три миллиона приложений. Просто зайдите в Google Play Маркет и начните искать отличные приложения, которые могут вам понравиться. Вы также можете проверить некоторые из наших списков лучших приложений, чтобы начать работу.
Вот список лучших бесплатных приложений на август 2020 года, которые вы можете скачать:
Погружение в Android
Мы Вам дали возможность познакомиться с процессом установки Android, но на самом деле мы описали только очень незначительную часть устройства ОС Android.
Рекомендуем посетить веб-сайт Google Android, где вы больше узнаете об истории Android, о способах её использования и о многом другом.
Источник
