Архитектура операционной системы Android: от основ до продвинутых концепций
Глава 1. Введение в Android
1.1. История Android Глава
В мире современных технологий операционная система Android занимает одно из лидирующих мест, обеспечивая работу миллионов устройств по всему миру. Но как же появилась эта система, и какие этапы она прошла на пути к своему нынешнему успеху? этой главе мы рассмотрим историю Android, от ее зарождения до настоящего дня.
Ранние годы (2003-2005)
История Android началась в 2003 году, когда группа инженеров и предпринимателей, включая Энди Рубина, Рича Майнера, Ника Сирса Криса Уайта, основала компанию Inc. Пало-Альто, Калифорния. Целью компании было создание операционной системы для мобильных устройств, которая бы была открытой, гибкой совместимой с различными аппаратными платформами.
В ранние годы Android Inc. работала над созданием прототипа операционной системы, которая бы могла конкурировать с существующими на тот момент системами, такими как Symbian и Windows Mobile. Однако, компания столкнулась серьезными финансовыми проблемами была грани банкротства.
Приобретение Google (2005)
В 2005 году компания Google приобрела Android Inc. за сумму около 50 миллионов долларов. Это приобретение стало значительным поворотным моментом в истории Android. увидела возможность создать открытую операционную систему, которая бы позволяла разработчикам создавать приложения и сервисы, не зависящие от конкретного производителя или оператора.
После приобретения Google инвестировала значительные средства в развитие Android, и команда инженеров начала работать над созданием первой версии операционной системы. В 2007 году объявила о создании Open Handset Alliance (OHA), коалиции компаний, целью которой было создание открытой системы для мобильных устройств.
Первая версия Android (2008)
В 2008 году была выпущена первая версия Android, под названием Android 1.0. Эта на устройстве T-Mobile G1, которое было первым смартфоном базе Android. 1.0 имела ограниченный набор функций, но уже тогда она показала потенциал для роста и развития.
Рост и развитие (2009-2012)
В последующие годы Android пережила быстрый рост и развитие. 2009 году была выпущена версия 1.5, которая добавила поддержку камеры, GPS других функций. 2010 2.2, Adobe Flash другие улучшения.
В 2011 году была выпущена версия Android 4.0, которая принесла значительные изменения в интерфейс и функциональность системы. Эта на устройстве Samsung Galaxy Nexus, которое стало одним из самых популярных смартфонов базе Android.
Современная эпоха (2013-настоящее время)
В последние годы Android продолжает развиваться и совершенствоваться. 2013 году была выпущена версия 4.4, которая добавила поддержку 64-разрядных процессоров другие улучшения. 2015 6.0, фingerprint-сканера функции.
В 2019 году была выпущена версия Android 10, которая принесла значительные изменения в интерфейс и функциональность системы. Эта добавила поддержку 5G-сетей, улучшенную безопасность другие функции.
Заключение
История Android – это история инноваций, роста и развития. От ее зарождения в 2003 году до настоящего дня, прошла долгий путь, став одной из лидирующих операционных систем мире. В следующей главе мы рассмотрим архитектуру основные компоненты.
1.2. Основные компоненты Android
В предыдущей главе мы познакомились с историей и эволюцией операционной системы Android. Теперь давайте погрузимся в детали рассмотрим основные компоненты, которые составляют эту сложную систему.
Android – это не просто операционная система, а целый экосистема, состоящая из различных компонентов, которые работают вместе, чтобы обеспечить бесперебойную работу устройств. В этой главе мы рассмотрим основные компоненты Android, являются фундаментальными для понимания архитектуры системы.
1.2.1. Linux-ядро
В основе Android лежит Linux-ядро, которое обеспечивает основные функции операционной системы, такие как управление процессами, памятью и файловой системой. Linux-ядро является открытым исходным кодом, что позволяет разработчикам модифицировать расширять его функциональность.
Linux-ядро в Android отвечает за:
Управление процессами: создание, запуск и завершение процессов
Управление памятью: выделение и освобождение памяти для процессов
Управление файловой системой: обеспечение доступа к файлам и директориям
Управление сетью: обеспечение сетевого подключения и обмена данными
1.2.2. Библиотеки и фреймворки
На основе Linux-ядра Android использует различные библиотеки и фреймворки, которые обеспечивают дополнительную функциональность услуги для приложений. Эти фреймворки включают:
Библиотека libc: обеспечивает базовые функции для работы с памятью, файлами и сетью
Библиотека libm: обеспечивает математические функции
Фреймворк Android Runtime (ART): обеспечивает среду выполнения для приложений
Фреймворк Android Framework: обеспечивает набор API и сервисов для приложений
1.2.3. Приложения
Приложения в Android – это программы, которые запускаются на устройстве и обеспечивают определенные функции услуги. могут быть написаны языке Java или Kotlin используют API сервисы, предоставляемые фреймворком Android.
Приложения в Android могут быть:
Системными приложениями: приложениями, которые поставляются с устройством и обеспечивают базовые функции, такие как телефон, сообщения настройки
Приложениями-услугами: приложениями, которые предоставляют определенные услуги, такие как музыкальные проигрыватели или социальные сети
Играми: приложениями, которые обеспечивают развлекательные функции
1.2.4. Система управления пакетами
Система управления пакетами в Android – это механизм, который позволяет пользователям устанавливать, обновлять и удалять приложения на устройстве. включает:
Google Play Store: официальный магазин приложений для Android
Пакетный менеджер: утилита, которая позволяет пользователям устанавливать и удалять приложения
В этой главе мы рассмотрели основные компоненты Android, которые являются фундаментальными для понимания архитектуры системы. следующей рассмотрим более подробно фреймворк Android и его компоненты.
1.3. Архитектура Android: общий обзор
В предыдущих главах мы познакомились с историей и эволюцией операционной системы Android. Теперь пришло время погрузиться в детали ее архитектуры. этой главе рассмотрим общий обзор архитектуры Android, компоненты взаимодействие между ними.
Архитектура Android представляет собой многослойную структуру, состоящую из нескольких компонентов, каждый которых выполняет определенные функции. На верхнем уровне находится приложение, которое взаимодействует с пользователем и предоставляет ему необходимые Ниже приложения фреймворк, который обеспечивает набор API инструментов для разработки приложений.
Фреймворк Android построен на основе Linux-ядра, которое обеспечивает базовые функции операционной системы, такие как управление процессами, памятью и файловой системой. Linux-ядро также поддержку аппаратных устройств, таких процессор, память устройства ввода/вывода.
На следующем уровне находится слой системных служб, который включает в себя такие компоненты, как менеджер пакетов, процессов и памяти. Эти службы обеспечивают базовые функции операционной системы, управление процессами, памятью файловой системой.
Далее находится слой приложений, который включает в себя такие компоненты, как браузер, телефон и другие приложения, которые поставляются с операционной системой. Эти приложения используют API инструменты фреймворка для взаимодействия пользователем предоставления ему необходимых функций.
Наконец, на нижнем уровне находится аппаратное обеспечение, которое включает в себя такие компоненты, как процессор, память и устройства ввода/вывода. Аппаратное обеспечение обеспечивает базовые функции операционной системы, выполнение инструкций, хранение данных взаимодействие с пользователем.
Взаимодействие между компонентами архитектуры Android происходит через API и интерфейсы. Приложения используют фреймворка для взаимодействия с системными службами аппаратным обеспечением. Системные службы Linux-ядра
В следующей главе мы рассмотрим более подробно каждый из компонентов архитектуры Android и их взаимодействие между собой. Мы также рассмотрим, как архитектура обеспечивает безопасность, производительность масштабируемость.
Вопросы для размышления
Какие компоненты входят в архитектуру Android?
Как взаимодействуют компоненты архитектуры Android между собой?
Какие функции выполняет Linux-ядро в архитектуре Android?
Задания
Создайте блок-схему архитектуры Android, показывающую взаимодействие между компонентами.
Напишите программу на языке Java, которая использует API фреймворка Android для взаимодействия с системными службами.
Ссылки
Официальная документация Android: [https://developer.android.com](https://developer.android.com)
Linux-ядро: [https://www.kernel.org](https://www.kernel.org)
В этой главе мы рассмотрели общий обзор архитектуры Android, ее компоненты и взаимодействие между ними. следующей рассмотрим более подробно каждый из компонентов Android их собой.
Глава 2. Компоненты Android
2.1. Linux-ядро: основа Android
Android – одна из самых популярных операционных систем для мобильных устройств, но мало кто знает, что под капотом она использует ядро Linux. В этой главе мы рассмотрим основы Linux-ядра и его роль в архитектуре Android.
История Linux-ядра
Linux-ядро было создано Линусом Торвальдсом в 1991 году как открытый проект. Торвальдс, студент университета Хельсинки, хотел создать операционную систему, которая могла бы работать на его компьютере. Он начал с написания собственного ядра, которое он назвал Linux. Со временем стало популярным и начало использоваться различных операционных системах.
Архитектура Linux-ядра
Linux-ядро представляет собой монолитное ядро, то есть оно состоит из одного исполняемого файла, который содержит все необходимые компоненты для работы операционной системы. Ядро отвечает за управление аппаратными ресурсами, такими как процессор, память и устройства ввода/вывода.
Linux-ядро состоит из нескольких основных компонентов:
Управление процессами: ядро управляет созданием, выполнением и завершением процессов.
Управление памятью: ядро управляет выделением и освобождением памяти для процессов.
Управление файловой системой: ядро предоставляет доступ к системе и управляет операциями с файлами.
Управление сетью: ядро управляет сетевыми соединениями и передачей данных.
Роль Linux-ядра в Android
Android использует модифицированное Linux-ядро как основу для своей операционной системы. предоставляет необходимые компоненты работы, такие управление процессами, памятью и файловой системой. также взаимодействия с аппаратными устройствами, такими экран, клавиатура сенсорный экран.
Android модифицировал Linux-ядро для своих нужд, добавив новые компоненты и изменяя существующие. Например, добавил поддержку устройств с сенсорным экраном камер. также изменил управление памятью процессами оптимизации работы на мобильных устройствах.
Преимущества использования Linux-ядра в Android
Использование Linux-ядра в Android предоставляет несколько преимуществ:
Открытый исходный код: Linux-ядро имеет открытый код, что позволяет разработчикам модифицировать и улучшать его.
Большое сообщество: Linux-ядро имеет большое сообщество разработчиков и пользователей, что обеспечивает быстрое решение проблем добавление новых функций.
Стабильность и безопасность: Linux-ядро известно своей стабильностью безопасностью, что важно для мобильных устройств.
В заключении, Linux-ядро является основой Android и предоставляет необходимые компоненты для работы операционной системы. модифицировал своих нужд добавил новые поддержки мобильных устройств. Использование Linux-ядра в несколько преимуществ, включая открытый исходный код, большое сообщество стабильность безопасность. следующей главе мы рассмотрим архитектуру ее компоненты.
2.2. Dalvik и ART: виртуальные машины Android
В предыдущей главе мы рассмотрели основы архитектуры операционной системы Android. Теперь давайте более подробно остановимся на одной из ключевых компонент Android – виртуальных машинах. этой поговорим о двух машинах, которые играют важную роль в работе Android: Dalvik и ART.
Виртуальные машины: что это такое?
Виртуальная машина (ВМ) – это программная среда, которая имитирует работу физической машины. ВМ позволяет запускать программы, написанные на определенном языке, любой платформе, без необходимости компилировать их заново для каждой конкретной системы. Это достигается за счет использования виртуальной машины как посредника между программой и операционной системой.
Dalvik: первая виртуальная машина Android
Dalvik была первой виртуальной машиной, разработанной для Android. Она создана компанией Google в 2005 году и основана на машине Java. разработана работы мобильных устройствах с ограниченными ресурсами, поэтому она оптимизирована низкого потребления памяти процессорного времени.
Dalvik использовала собственный формат исполняемых файлов, называемый DEX (Dalvik Executable), который был оптимизирован для мобильных устройств. DEX-файлы были более компактными, чем традиционные исполняемые файлы Java, и могли быть выполнены напрямую виртуальной машиной Dalvik.
ART: новая виртуальная машина Android
В 2014 году Google представила новую виртуальную машину, называемую ART (Android Runtime). была разработана для замены Dalvik и предоставления более быстрой эффективной среды запуска приложений Android.
ART использует тот же формат исполняемых файлов DEX, что и Dalvik, но имеет несколько ключевых отличий. Во-первых, Ahead-of-Time (AOT) компиляцию, которая позволяет компилировать приложения в машинный код до их запуска. Это уменьшает время запуска приложений улучшает производительность.
Во-вторых, ART имеет более эффективную систему управления памятью, которая уменьшает количество ошибок, связанных с и улучшает общую стабильность системы.
Сравнение Dalvik и ART
В таблице ниже приведено сравнение ключевых характеристик Dalvik и ART:
| Характеристика Dalvik ART
| –
| Формат исполняемых файлов DEX
| Тип компиляции Just-in-Time (JIT) Ahead-of-Time (AOT)
| Управление памятью Less efficient More
| Производительность Lower Higher
| Время запуска Longer Shorter
Заключение
В этой главе мы рассмотрели две виртуальные машины, которые играют важную роль в работе Android: Dalvik и ART. Мы увидели, как была первой виртуальной машиной, разработанной для Android, ART разработана замены ее предоставления более быстрой эффективной среды запуска приложений Android.
В следующей главе мы поговорим о системе файлов Android и том, как она организована. Мы также рассмотрим различные типы файлов, которые используются в Android, они системе.
2.3. Framework: основной каркас Android
В предыдущих главах мы рассмотрели основы операционной системы Android и ее архитектуру. Теперь давайте более подробно рассмотрим один из ключевых компонентов – Framework. Этот каркас обеспечивает основу для создания приложений служит связующим звеном между системой разработчиками.
Что такое Framework?
Framework – это набор библиотек, API и инструментов, которые позволяют разработчикам создавать приложения для Android. Он обеспечивает стандартизированный способ доступа к функциям операционной системы, таким как управление памятью, ввод-вывод сетевые операции. также включает в себя готовых компонентов, таких виджеты, кнопки списки, можно использовать создания пользовательского интерфейса.
Архитектура Framework
Архитектура Framework Android состоит из нескольких слоев:
1. API: Верхний слой Framework, который предоставляет разработчикам доступ к функциям операционной системы. API включает в себя набор классов, интерфейсов и методов, которые можно использовать для создания приложений.
2. Библиотеки: Слой, который содержит реализацию API. Библиотеки предоставляют функциональность, необходимую для работы приложений, такую как обработка графики, звука и сетевых операций.
3. Системные службы: Слой, который содержит системные службы, такие как менеджер пакетов, процессов и памяти. Эти службы обеспечивают основу для работы приложений.
4. Ядро: Нижний слой Framework, который содержит ядро операционной системы. Ядро обеспечивает базовую функциональность, такую как управление процессами, памятью и вводом-выводом.
Ключевые компоненты Framework
Framework Android включает в себя несколько ключевых компонентов, которые обеспечивают основу для создания приложений:
1. Activity: Компонент, который представляет собой отдельный экран приложения. Activity обеспечивает контекст для работы приложения и позволяет разработчикам создавать пользовательский интерфейс.
2. Service: Компонент, который обеспечивает фоновой режим работы приложения. Service позволяет разработчикам создавать приложения, которые могут работать без взаимодействия с пользователем.
3. BroadcastReceiver: Компонент, который позволяет приложениям получать и обрабатывать системные события, такие как события сети или батареи.
4. ContentProvider: Компонент, который обеспечивает доступ к данным приложения. ContentProvider позволяет разработчикам создавать приложения, которые могут обмениваться данными с другими приложениями.
Вывод
В этой главе мы рассмотрели основной каркас Android – Framework. Мы узнали, что Framework обеспечивает основу для создания приложений и служит связующим звеном между операционной системой разработчиками. также архитектуру ключевые компоненты, которые обеспечивают приложений. следующей рассмотрим более подробно процесс Android.
2.4. Приложения: разработка и взаимодействие
В предыдущих главах мы рассмотрели основы операционной системы Android и ее архитектуру. Теперь давайте поговорим о том, как приложения взаимодействуют с системой их можно разработать.
Приложения в Android представляют собой отдельные программы, которые выполняют определенные задачи, такие как просмотр веб-страниц, отправка электронных писем или игра игры. Каждое приложение имеет свою собственную логику и интерфейс, но все они используют общую инфраструктуру для взаимодействия с пользователем другими приложениями.
Разработка приложений
Для разработки приложений в Android используются языки программирования Java или Kotlin. Эти позволяют создавать приложения, которые могут работать на любом устройстве с Android, от смартфонов до планшетов и телевизоров.
Процесс разработки приложения включает в себя несколько этапов:
1. Проектирование: на этом этапе определяется концепция и дизайн приложения, включая его функциональность интерфейс.
2. Написание кода: на этом этапе пишется код приложения, используя языки программирования Java или Kotlin.
3. Тестирование: на этом этапе приложение тестируется различных устройствах и платформах, чтобы убедиться, что оно работает правильно.