Архитектура ОС Android
Если представить компонентную модель Android в виде иерархии (рис.1.5), то в самом низу, в самой основе будет располагатьсяядро операционной системы. Оно обеспечивает функционирование системы и отвечает за безопасность, управление памятью, энергосистемой и процессами, а также предоставляет сетевой стек и модель драйверов. Ядро также действует как уровень абстракции между аппаратным и программным обеспечением.
"Выше" ядра, как программное обеспечение промежуточного слоя, лежит набор библиотек (Libraries), предназначенный для решения типовых задач, требующих высокой эффективности. То есть, именно этот уровень отвечает за предоставление реализованных алгоритмов для вышележащих уровней, поддержку файловых форматов, осуществление кодирования и декодирования информации (в пример можно привести мультимедийные кодеки), отрисовку графики и многое другое. Библиотеки реализованы на C/C++ и скомпилированы под конкретное аппаратное обеспечение устройства, вместе с которым они и поставляются производителем в предустановленном виде.
Перечислим некоторые из низкоуровневых библиотек:
1. Surface Manager - в ОС Android используется композитный менеджер окон, наподобие Compiz (Linux), но более примитивный. Вместо того, чтобы производить рисование графики напрямую в буфер дисплея, система посылает поступающие команды рисования в закадровый буфер, где они накапливаются вместе с другими, составляя некую композицию, а потом выводятся пользователю на экран. Это позволяет системе создавать интересные бесшовные эффекты, реализовать прозрачность окон и плавные переходы.
2. Media Framework - библиотеки, реализованные на базе PacketVideo OpenCORE. С их помощью система может осуществлять запись и воспроизведение аудио и видео данных, а также вывод статических изображений. Поддерживаются многие популярные форматы, включая MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG и PNG. В будущем на смену OpenCORE должен придти более простой фреймворк Stagefright.
3. SQLite - легковесная и производительная реляционная СУБД, используемая в Android в качестве основного движка для работы с базами данных.
4. 3D библиотеки - используются для высокооптимизированного рисования 3D-графики, при возможности используют аппаратное ускорение. Их реализации строятся на основе API OpenGL ES 1.0.
5. FreeType - библиотека для работы с битовыми картами, а также для растеризации шрифтов и осуществления операций над ними. Это высококачественный движок для шрифтов и отображения текста.
6. LibWebCore - библиотеки известного браузерного движка WebKit, используемого также в десктопных браузерах Google Chrome и Apple Safari.
7. SGL (Skia Graphics Engine) - открытый движок для работы с 2D-графикой. Графическая библиотека является продуктом Google и часто используется в других их программах.
8. SSL - библиотеки для поддержки одноименного криптографического протокола на базе OpenSSL.
9. libc - библиотека стандартных вызовов языка C, аналог glibc (GNU libc из Linux) для маленьких устройств. Носит название Bionic.
Рис. 1.5.Компонентная модель ОС Android
На этом же уровне располагается Android Runtime - среда выполнения прикладных программ. Ключевыми её составляющими являются набор стандартных библиотек и виртуальная машина Dalvik. Каждое приложение в ОС Android запускается в собственном экземпляре виртуальной машины Dalvik. Таким образом, все работающие процессы изолированы от операционной системы и друг от друга. Архитектура Android Runtime такова, что работа программ осуществляется строго в рамках окружения виртуальной машины. Благодаря этому осуществляется защита ядра операционной системы от возможного вреда со стороны других её составляющих. Поэтому код с ошибками или вредоносное ПО не смогут испортить ОС Android и устройство на её базе. Такая защитная функция, наряду с выполнением программного кода, является одной из ключевых для Android Runtime.
Уровнем выше располагается Application Framework, иногда называемый уровнем каркаса приложений. Именно через каркасы приложений разработчики получают доступ к API, предоставляемым компонентами системы, лежащими ниже уровнем. Кроме того, благодаря архитектуре фреймворка, любому приложению предоставляются уже реализованные возможности других приложений, к которым разрешено получать доступ. В базовый набор сервисов и систем, лежащих в основе каждого приложения и являющихся частями фреймворка, входят:
1. Богатый и расширяемый набор представлений (Views), который может быть использован для создания визуальных компонентов приложений, например, списков, текстовых полей, таблиц, кнопок или даже встроенного web-браузера.
2. Контент-провайдеры (Content Providers), управляющие данными, которые одни приложения открывают для других, чтобы те могли их использовать для своей работы.
3. Менеджер ресурсов (Resource Manager), обеспечивающий доступ к ресурсам, не несущим кода, например, к строковым данным, графике, файлам и другим.
4. Менеджер оповещений (Notification Manager), благодаря которому все приложения могут отображать собственные уведомления для пользователя в строке состояния.
5. Менеджер действий (Activity Manager), который управляет жизненными циклами приложений, сохраняет данные об истории работы с действиями, а также предоставляет систему навигации по ним.
6. Менеджер местоположения (Location Manager), позволяющие приложениям периодически получать обновленные данные о текущем географическом положении устройства.
На вершине программного стека Android лежит уровень приложений (Applications). Сюда относится набор базовых приложений, который предустановлен на ОС Android. Например, в него входят браузер, почтовый клиент, программа для отправки SMS, карты, календарь, менеджер контактов и многие другие. Список интегрированных приложений может меняться в зависимости от модели устройства и версии Android. И помимо этого базового набора к уровню приложений относятся все прикладные приложения под платформу Android, в том числе и установленные пользователем.
Как правило, приложения под Android пишутся на языке Java, но существует возможность разрабатывать программы и на C/C++ (с помощью Native Development Kit). Экзотикой можно назвать использования Basic (с помощью Simple) и других языков. Также можно создавать собственные программы с помощью конструкторов приложений, таких как App Inventor.