Реферат

Архитектура платформы Google Android

Введение

Android - это программный стек для мобильных устройств, который включает операционную систему, программное обеспечение промежуточного слоя (middleware) и основные пользовательские приложения (e-mail-клиент, календарь, карты, браузер, контакты и др.).

Вопреки распространенному мнению, Android установлен не только на планшетах и смартфонах, но и на электронных книгах, цифровых проигрывателях, наручных часах, нетбуках и даже очках Google.

Эта платформа является самой популярной на рынке: она установлена на 68% устройств. Число программ в магазине приложений Google Play превышает 600 000 единиц. За всё время работы магазина было выполнено 20 млрд установок приложений. Согласно заявлениям Энди Рубина - руководителя разработки Android в Google - ежедневно в мире активируется 1.3 млн Android-устройств.

Эти данные и побудили меня исследовать вопрос об архитектуре платформы.

Архитектура Android

Рисунок 1. Структура платформы Google Android

Архитектура Google Android состоит из четырех уровней (нумерация обозначает порядок уровней снизу вверх).

)Ядро OS Linux версии 2.6 обеспечивает функционирование системы. Оно отвечает за безопасность, управление памятью, энергосистемой и процессами, а также предоставляет сетевой стек и модель драйверов. Кроме того, оно играет связующую роль между аппаратным обеспечением и остальной частью программного стека.

)Программное обеспечение промежуточного слоя - набор библиотек (Libraries), предназначенный для обеспечения важнейшего функционала для приложений.

Вот некоторые из них:

·Surface Manager - композитный менеджер окон. Вместо того, чтобы отрисовывать графику в буфер дисплея, система посылает поступающие команды отрисовки в закадровый буфер, где они накапливаются вместе с другими, составляя некую композицию, а потом выводятся пользователю на экран. Это позволяет создавать интересные бесшовные эффекты, прозрачность окон и плавные переходы.

·Media Framework - библиотеки, реализованные на базе PacketVideo OpenCORE. С их помощью система осуществляет запись / воспроизведение аудио- и видео - контента, а также вывод статических изображений. Поддерживаются форматы MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG и PNG и др.

·SQLite - реляционная СУБД, используемая в Android в качестве основного движка для работы с базами данных, используемыми приложениями для хранения информации.

·3D библиотеки - используются для отрисовки 3D-графики, при возможности используют аппаратное ускорение. Реализуются на основе API OpenGL ES 1.0.

·FreeType - библиотека для работы для растеризации шрифтов и осуществления операций над ними.

·LibWebCore - библиотеки браузерного движка WebKit.

·Libc - стандартная библиотека языка C, настроенная для работы на устройствах на базе Linux.

Все библиотеки написаны на языке C++ и скомпилированы под конкретное аппаратное обеспечение устройства.

На этом же уровне располагается среда выполнения Android Runtime. Она состоит из виртуальной Java-машины Dalvik и библиотек ядра. Dalvik поддерживает одновременную работу нескольких приложений и выполняет файлы в специальном формате.dex, оптимизированном для устройств с малым количеством памяти. Библиотеки ядра написаны на языке Java и поддерживают широкий диапазон функциональных возможностей.

Каждое приложение в Android Runtime запускается в собственном экземпляре виртуальной машины Dalvik. То есть, все работающие процессы изолированы от операционной системы и друг от друга. Особенность структуры Android Runtime позволяет осуществлять работу программ строго в рамках виртуальной машины. Благодаря этому ядро операционной системы защищено от влияния со стороны других компонентов. Код с ошибками или вредоносное ПО не смогут испортить систему или само устройство. Функция защиты, кроме непосредственного выполнения программного кода, является одной из ключевых для этого уровня.

3)Следующий уровень - Application Framework, или каркас 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:

·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.

·Контент-провайдеры (Content Providers ), управляющие данными, которые одни приложения открывают для других, чтобы те могли их использовать для своей работы.

·Менеджер ресурсов (Resource Manager ), обеспечивающий доступ к ресурсам без функциональности (не несущими кода), например, к строковым данным, графике, файлам и другим.

·Менеджер оповещений (Notification Manager ), благодаря которому все приложения могут отображать собственные уведомления для пользователя в строке состояния.

·Менеджер действий (Activity Manager ), который управляет жизненными циклами приложений, сохраняет данные об истории работы с действиями, а также предоставляет систему навигации по ним.

·Менеджер местоположения (Location Manager ), позволяющий приложениям периодически получать обновленные данные о географическом положении устройства.

Таким образом, приложения в ОС Android могут получать в своё распоряжение вспомогательные инструменты.

Отличия фреймворка от библиотеки

·Фреймворк только выполняет код, написанный для него, библиотеки исполняются сами.

·Фреймворк состоит из библиотек с разной функциональностью и назначением, а библиотеки объединяют наборы функций, близких по логике.

4)Уровень Applications. Сюда относятся базовые программы, предустановленные на Android. Это браузер, почтовый клиент, программа для отправки SMS, карты, календарь, менеджер контактов. Список интегрированных приложений может меняться в зависимости от модели устройства и версии Android. Также на этом уровне располагается стороннее ПО. Система позволяет устанавливать его без ограничений, поэтому все стандартные приложения могут быть заменены аналогами. Приложения для Android пишутся на языке Java.

Заключение

android программа пользовательский операционный

Особенности архитектуры платформы Google Android позволили ей выйти на первое место среди других платформ. Главные из них:

)Регистр-ориентированная виртуальная машина Dalvik для выполнения приложений.

)Инновационные библиотеки, значительно расширяющие функционал устройств.

)«Легковесная» СУБД SQLite для хранения данных.

)Возможность поддержки 3D и 2D графики, и даже комбинирования их в одном приложении.

)Многозадачность и изолированность процессов друг от друга.

)Универсальность архитектуры наряду с высоким качеством.

Список источников

1.Голощапов А.Л. Google Android: системные компоненты и сетевые коммуникации. - СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 384 c.

2.Фелкер Д. Android: разработка приложений для чайников. - М.: Диалектика, 2012. - 336 с.

3.Хашими С., Коматинени С., Маклин Д. Разработка приложений для Android. - СПб.: Питер, 2011. - 736 с.

Файловые менеджеры на Android могут быть удобным инструментом для организации хранения данных в вашем смартфоне, но сама структура Android (или ее кажущееся отсутствие) c непривычки может показаться несколько запутанной. Данные приложений, картинки, музыка – и доступ к этому всему из одной корневой папки – это несколько иной подход к иерархической структуре, чем то, к чему привыкли пользователи ПК и Mac, и подход этот дает пользователям намного больше возможностей, чем iOS.

В Android вы не сможете получить доступ к глубоко спрятанным системным файлам через обычный файловый менеджер или с помощью подключения к ПК. Но это не значит, что вы можете удалить по своей прихоти любой файл, какой захотите. Давайте посмотрим, как организованы типичные папки в памяти устройства, для чего они нужны и что из этого вы можете удалить, а что нет.

Иерархия памяти устройства на Android

Поскольку Android – это операционная система на базе Linux, в вашем телефоне файловая система также организована по принципу Linux. В этой системе на каждом устройстве есть шесть основных разделов: boot, system, recovery, data, cache и misc. Карты памяти microSD также имеют собственную иерархию памяти. Устройства, несущие на борту Android 7.0 Nougat, получили возможность непрерывного обновления за счет того, что в пару к системному разделу создается второй и один из них в фоне обновляется, а при перезагрузке происходит переключение, позволяющее обновленной системе заработать.

Вот краткое описание того, что содержится в каждой папке.

• boot – Эта папка содержит ядро, виртуальный диск и др., то есть то, что требуется для загрузки телефона, когда вы его включаете.
• system – Папка system содержит файлы операционной системы (также известные как образ системы), которые включают в себя также графический интерфейс Android и предустановленные приложения.
• recovery – Альтернативная возможность загрузить ОС, программы из папки recovery позволяют пользователю делать бэкапы других папок и восстанавливать их.
• data – Папка data сохраняет информацию пользователя, от контактов и сообщений до приложений и музыки, и вот к этому разделу вы имеете доступ через файловый браузер. После сброса до заводских настроек этот раздел стирается.
• cache – Android хранит здесь часто используемые данные и компоненты приложений. Этот раздел может быть стерт для устранения определенных проблем и автоматически восстановлен и обновлен со временем.
• misc – Этот раздел содержит другую важную информацию о настройках системы, такую как конфигурация USB, настроек сети вашего оператора и другие аппаратные настройки, которые в графическом интерфейсе отображаются в виде переключателей вкл./выкл.

Без root–прав пользователи Android могут иметь доступ только к разделу с данными, который открывается вам, когда вы подключаете устройство к своему ПК или используете файловый браузер. Если память вашего телефона может быть расширена при помощи карты, память карты также включается в этот раздел с данными, доступными через ПК или просмотрщик файлов.

Обычно у вас есть доступ только данным приложений, которые хранятся в разделе пользовательских данных. Для доступа к остальной памяти вам потребуются root-права

Приложения и папки в разделе данных

Итак, бегло окинув взглядом основные папки, мы отметили, что у нас нет доступа к загрузочным файлам , файлам восстановления и или системным файлам Android , когда мы просто просматриваем файлы при помощи браузера. Из чего следует утешительный вывод: нельзя просто так взять и вызвать своими действиями крах системы. Совсем другая ситуация возникает, когда у вас есть root-права. Так или иначе, с тем, что хранится в данном разделе, надо быть поаккуратнее: определенные приложения могут задействовать данные, которые здесь сохранены, и перемещение или удаление их может повлечь за собой нестабильную работу системы.

Теперь давайте посмотрим, что находится в разделе данных на вашем устройстве. Для того, чтобы это было возможно, в телефонах с Android версий Marshmallow или Nougat есть свой файловый менеджер, который дает доступ ко всему разделу. Эту опцию можно найти в меню Настройки- Память-Накопитель-Другое. Ряд аппаратов на более старых версиях Android могут иметь, а могут не иметь собственный файловый менеджер, зависит от производителя.

В качестве альтернативы есть множество сторонних приложений, доступных в Play Store, которые выполняют ту же самую роль, например, FX File Explorer или Total Commander .

Можно также управлять вашими файлами с вашего ПК при помощи подключения по USB. Стоит только удостовериться, что ваш телефон находится в режиме MTP (Передача файлов), чтобы вы могли видеть все свои файлы.

Получить доступ к памяти вашего устройства можно при помощи ПК или напрямую через файловый браузер

Если у вас есть ощущение, что память устройства выглядит переполненной и папок слишком много, приглядитесь к ним. Вы увидите многочисленные папки, связанные с приложениями, возможно, даже остатки от тех приложений, что вы уже удалили. Как правило, лучше не трогать никакие папки приложений, но если вы помните, что приложение было удалено, а папка от него осталась, ее удаление вреда не причинит. Скорее всего, она пустая или в ней остались какие-то бесполезные лог-файлы.

Даже если вы не устанавливали большого количества приложений, по умолчанию этот раздел с пользовательскими данными может содержать ряд папок – в них хранятся ваши контакты, музыка, картинки и все остальное. Вот самые основные папки, не связанные со сторонними приложениями , которые вы можете найти.

• Android – это место, куда по умолчанию сохраняются кэш приложений и данные. Эту папку не рекомендуется удалять, если вы не хотите потерять данные приложений. Удаление этой папки может привести к некорректной работе некоторых из них.
• Alarms, Ringtones, Notifications – как видно из названий, в этих папках хранятся аудиофайлы для будильников, рингтонов и уведомлений, которые могут быть использованы как дефолтными, так и сторонними приложениями.
• Cardboard – здесь хранятся данные для ряда приложений VR, а если таковых нет, она остается пустой.
• DCIM – здесь лежат фотографии, которые вы делали при помощи своего основного приложения камеры. Также вы можете увидеть такую папку и на карте microSD , если вы сохраняете фотографии и на нее.
• Downloads – здесь находится все, что скачано вами в веб-браузере, например, в Chrome или Firefox.
• Pictures, Music, Movies, Video – Это папки, которые по умолчанию используются вашими медиаприложениями. Некоторые приложения позволяют вам назначать другие папки, но большая часть медиаплееров по умолчанию будет использовать эти директории. Скриншоты чаще всего сохраняются в папке с картинками.
• Podcasts – Эта папка используется рядом приложений, чтобы отделять подкасты от остальных музыкальных файлов. Если вы не пользуетесь приложениями для прослушивания подкастов, она будет пустой.

Итак, какие папки мне можно (или нужно) удалять?

Не уверен – не удаляй. Это справедливо для всех папок приложений, и трогать их не стоит, за исключением тех случаев, когда вы точно знаете, что хотите сделать. Добавлять и удалять файлы из любых папок с медиа абсолютно безопасно, но постарайтесь в порыве наведения порядка не снести саму папку. Если вы видите, что папка пуста, например, ничего нет в папке Alarms, вы, можете подумать, что она и сама не нужна. Но, с другой стороны, папка не занимает много места. И возможно, она потребуется какому-либо приложению впоследствии, поэтому так ли вам необходимо ее удалять?

Со временем встроенная память вашего устройства будет содержать гораздо больше папок, чем было перечислено выше. Вы будете устанавливать и удалять все большее число приложений. Поэтому наводить порядок в своем устройстве никогда не повредит, ну, разве что вы вообще редко перемещаете файлы в своем телефоне, скачиваете и удаляете их. И еще, удаление пустой папки не освободит вам дополнительного места в памяти. Так что, если требуется выиграть место, лучше посмотрите, какие вы можете удалить ненужные приложения/фильмы, которые не станете пересматривать и т.п.

Теперь, когда вы получили более полную картину того, что это за папки хранятся в памяти вашего устройства, вам будет проще управлять своими файлами, не боясь «сделать что-нибудь не то».

• / - корневая папка.
• /bin - папка, содержащая исполняемые файлы и ссылки на исполняемые файлы. Исполняемыми файлами являются программы, запускающиеся при старте системы, а также самые необходимые программы, доступные для всех. Пример: ls, mount, pwd, unzip .
• /data - папка с данными о синхронизации и аккаунтах, паролями к точкам доступа wifi и настройками vpn, и т. д.
• /data/app – папка, содержащая установленные программы и игры.
• /data/data – папка, содержащая данные приложений, их настройки, сэйвы игр и прочая информация.
• /data/dalvik-cache - программная область кэш-памяти для программы Dalvik. Dalvik это Java-виртуальная машина, которая является основой для работы программ, имеющих *.apk расширение. Для того, чтобы сделать запуск программ быстрее – создается их кэш.
• /dev - папка, содержащая файлы различных устройств , как реальных, так и виртуальных, а также тех устройств, которых нет, но которые могли бы быть.
• /etc - папка, содержащая конфигурационные файлы, используемые при загрузке операционной системы и в процессе работы различных программ .
• /lib - папка, содержащая библиотеки функций, необходимых для различных программ и компилятора языка C, а также модули (драйверы устройств), подключаемые к ядру.
• /lib/modules/ - папка, содержащая модули (драйверы устройств) ядра, которые имеют расширение .ko . В этой папке расположены подпапки, которые совпадают с версиями ядра (например, 2.6.32.9-default), которые были установлены в системе. То есть для каждой версии ядра есть свой набор модулей. Это очень важно и нужно обратить на это внимание. Часто при компиляции ядра забывают изменять версию, новое ядро при загрузке использует модули предыдущей версии и система не загружается. Текущую версию ядра можно узнать по команде uname -r , возвращаемая версия обязательно совпадет с названием одной из папок в /lib/modules/ .
• /mnt - содержит папки для временно монтируемых файловых систем.
• /proc - виртуальная папка, содержащая все детали Android системы, включая ядро, процессы, и параметры конфигурации. Более подробно папка /proc описана в отдельной статье.
• /sbin - папка, содержащая исполняемые файлы программ, которые предназначены для управления самой системой. Пример: ifconfig, man, mdev, vconfig .
• /sdcard - папка, содержащая файлы и папки на карте памяти SD (если она установлена).
• /sys папка, содержащая реальную конфигурацию системы на текущий момент. /sys очень тесно связан с udev если вы подключаете (отключаете) устройства, содержимое каталога /sys динамически меняется. Можно посмотреть на примере. Выполните команду ls /sys/bus/usb/devices/ , чтобы посмотреть текущие usb-устройства в системе. Теперь подключите флеш-накопитель и выполните команду ls /sys/bus/usb/devices/ еще раз. Вы увидите, что теперь устройств стало больше.
• /system - папка (по умолчанию скрыта), содержащая системные файлы и папки с данными и всем необходимым для работы ОС Android.
  
• /system/app – папка, содержащая системные приложения (смс, телефон, календарь, настройки и т.п.), а так же приложения установленные производителем устройства (фирменные виджеты, живые обои и т.д.).
• /system/fonts – папка с системными шрифтами.
• /system/media – папка, содержащая стандартные мелодии звонков, уведомлений, будильников и звуков интерфейса, а так же загрузочную анимацию (bootanimation).
• /system/build.prop – файл, содержащий огромное количество настроек, таких как плотность экрана, время задержки сенсора приближения, управление wifi, имя и производитель устройства и многие другие параметры.

Одной из популярных операционных систем сегодня является Android. Она установлена на миллионах мобильных устройств . Система представляет собой набор папок и файлов, которые обеспечивают ее работу. Но задумывались ли вы когда-нибудь, что сдержится в каждой папке? Некоторые имеют достаточно большой вес, поэтому рука так и тянется их удалить. Прежде чем это сделать, стоит обязательно ознакомиться, за что каждая папка отвечает, а также насколько важна для операционной системы. Также мы расскажем, какие есть способы удалить ненужную папку.

Основные ключевые каталоги в операционной системе android

Первоочередная задача перед удалением – это выяснить, что содержит директория, ведь от этого и зависит, можно удалять ее или нет. Если вы по ошибке сотрете важные файлы, вы не только можете нарушить работу каких-либо приложений, но и привести к полной неработоспособности всю операционную систему.

Стоит отметить, что список папок может отличаться в зависимости от устройства и версии системы android . Также конкретные приложения могут создавать свои папки в памяти телефона на Андроиде. Рассмотрим, какие директории имеются в Андроид.

Cache – это папка для хранения временных файлов. В ней может находиться обновление системы. Если вы не собираетесь обновляться до более свежей версии Андроида, то файл обновления вам не нужен. Удалить эту папку можно, а в некоторых случаях даже нужно.

Data – один из крупнейших каталогов, который, как можно догадаться по названию, содержит разнообразные данные. Сюда входят данные аккаунтов, информация о сохраненных паролях, точках доступа Wi-Fi и т.п. Так как данная папка содержит множество информации, рассмотрим ее подкаталоги:

1. App – директория, в которой содержатся установочные файлы различных приложений. Ее можно удалить, если вам не нужны все скачанные на телефон приложения;
2. Data – включает в себя настройки, сохранения и другую служебную информацию, необходимую для работы конкретных приложений . Если важных для вас данных в приложениях нет, ее также можно удалить;
3. Clipboard – это специальный буфер обмена данными, в котором также содержаться последние скриншоты. Удалить эту папку можно, но не рекомендуется;
4. Dalvik-cache – это область кеш-памяти для программы под названием Davlink. Данное приложение является виртуальной Java-машиной, которая позволяет телефону запускать apk-файлы приложений. Чтобы максимально ускорить этот процесс, создаются файлы в кеш-памяти. Рекомендуется регулярно чистить содержимое, но удалять dalvik-cache не стоит.

Папка efs содержит информацию о серийном номере телефона (IMEI), MAC-адресе, Bluetooth и Wi-Fi. Эту директорию удалять нельзя. Более того, рекомендуется сделать бэкап этой папки, так как ее удаление приведет к потере уникального номера вашего смартфона.

Директория etc – содержит файлы конфигурации, преимущественно используемые во время загрузки ОС, процессов различных программ, к примеру, для определения местоположения по GPS. Это одна из системных директорий, удалять которую нельзя.

Каталог lib – в нем содержатся различные библиотеки, необходимые для корректной работы функций программ и модулей. Также данная папка содержит файлы, обеспечивающие работу драйверов. Удалять ее нельзя.

Каталог mnt – содержит образы монтируемых систем. Здесь могут располагаться разделы установленной карты памяти, внутренней памяти или других виртуальных устройств. Удалять данный каталог, естественно, тоже нельзя.

Папка proc – в ней содержится вся ключевая информация касательно установленной ОС Андроид: информация о ядре, параметрах конфигурации и оборудования. Все имеющиеся файлы и папки являются виртуальными, при этом весят ноль байт. Система автоматически создает их, когда пользователь получает доступ к ним. Эту папку с правами обычного пользователя удалить нельзя.

Директория sbin – одна из ключевых папок, необходимых для работы телефона. В ней имеются исполняемые файлы всех программ, предназначенных для управления системой. Ее удалять, соответственно, нельзя.

Каталог sys содержит конфигурацию системы на данный момент . Это динамический каталог. Информация в нем постоянно меняется. Стирать эту папку нельзя.

Раздел system – «хребет» всей операционной системы, так как именно в нем расположены все файлы, без которых невозможна работа android. Каталог System (как и любые другие внутренние директории) удалять нельзя. Для ознакомления рассмотрим подробней содержимое этого каталога:

1. App – системные обои, стандартные приложения (календарь, записная книжка, СМС) находятся в этой папке.
2. Bin включает в себя исполняемые файлы и ссылки;
3. Build.prop содержит огромное количество настроек по телефону, например, на сколько задерживается работа сенсора после нажатия, какова плотность экрана и другое;
4. Fonts – информация обо всех стоковых шрифтах, поддерживаемых в телефоне.
5. Framework – все, что необходимо для интерфейса, в частности иконки, шторки и другие графические элементы;
6. Lib – библиотека приложений;
7. Media – все стандартные мелодии и звуки (будильник, оповещения на SMS, мелодии вызова);
8. Tts включает языковые пакеты.

Documents – папка, в которой могут находиться разнообразные документы, в частности файлы формата.doc и.pdf. Если содержание папки вас не интересует, ее можно удалить.

Bluetooth – содержит все файлы, которые были приняты устройством через «Блютуз». Если важных данных в ней нет, она удаляется без проблем. Может быть расположена не только во внутренней памяти, но и на SD карте.

DCIM – это специальная директория для сохранения фотографий, созданных с помощью камеры вашего смартфона. Как правило, включает в себя раздел Camera, в котором располагаются все фото. Если необходимых для вас фото на телефоне нет, то ее можно удалить. Такие разделы, как Pictures, Images, Audio, Music (при отсутствии важных файлов внутри) также можно удалить.

Методы удаления

Как можно удалить конкретную папку? Первый способ – воспользоваться стандартными функциями . Для этого необходимо:

Обратите внимание, что стандартные средства не отображают всех имеющихся папок и файлов, так как часто системные файлы скрыты. Увидеть больше поможет любой сторонний файловый менеджер, например, программа «ES Проводник». Скачать его вы можете в магазине Google Play . Приложение предлагает широкие возможности. С его помощью можно осмотреть имеющиеся папки, а также удалить некоторые из них. Для этого необходимо:

Стоит отметить, что удаление системных папок невозможно, так как пользователь имеет ограниченные права доступа. Удалить их можно только, получив специальные права суперпользователя (аналог в Windows – Администратор).

Вконтакте

Введение

Общаясь на форумах и являясь куратором нескольких тем, часто сталкиваюсь с полным непониманием новичков об устройстве андроида. «Ну, а зачем обычному пользователю знать это?» - скажете вы. И тут я с вами соглашусь, задав встречный вопрос: «А зачем тогда обычный пользователь лезет в дебри прошивок, root доступа и твиков системы, не понимая в этом ничего?». Именно это и натолкнуло меня на написание данной статьи, в которой я попытаюсь, обычным и понятным языком, донести сложные вещи.

Материал направлен, в первую очередь, на обычных пользователей. Поэтому здесь будет представлена сжатая и поверхностная информация без технических углублений и нюансов.

1. Разделы внутренней памяти.
2. Bootloader , recovery , adb и fastboot
3. Внутренности системы.
4. Root .

1. Разделы внутренней памяти

Внутренняя память устройства на андроиде разбита на несколько логических дисков (разделов).

Приведу только основные:

Рис.1

Bootloader – здесь находится микропрограмма (загрузчик), позволяющая запускать операционную систему, рекавери и другие сервисные режимы.

Recovery – как видно из названия, тут установлено инженерное меню восстановления или просто Рекавери.

Boot – сердце Андроид ОС, тут находится ядро, драйвера и настройки управления процессором и памятью.

System – системный раздел , в котором находятся все, необходимые для работы Android ОС, файлы, это как папка Windows на вашем диске С:\ (здесь и далее буду проводить ассоциацию с ОС Windows )

Data – раздел для установки приложений и хранения их данных. (Program files )

User – это всем известная sdcard или, проще говоря, место под пользовательские файлы (Мои документы). Здесь я вынужден сделать отступление, т.к. размещение данного раздела имеет несколько вариантов:

• Раздел отсутствует во внутренней памяти, а вместо него используется внешний накопитель - самый популярный вариант. (рис.1)
• В устройствах со встроенной памятью большого размера , данный раздел видится как sdcard , а внешняя карта памяти видится как sdcard 2 или extsd (могут быть и другие варианты названия). Обычно, встречается на устройствах с Android 3.2. (Рис.2 Вариант 1)
• Данный вариант пришел на смену предыдущему варианту, вместе с Андроид 4.0. Раздел User заменили папкой media на разделе Data , что позволило использовать всю доступную пользователю память для установки программ и хранения данных, а не то количество, что выделил нам производитель. Иными словами sdcard и data являются одним целым. (Рис.2 Вариант 2)

Рис.2

2. Bootloader, Recovery, adb и fastboot

Теперь, когда мы знаем, что и где находится, давайте разберемся для чего оно там.

Начнем с Bootloader . Это загрузчик, который запускает Андроид, рекавери и т.п. Когда мы нажимаем кнопку включения, запускается загрузчик и, если нет дополнительных команд (зажатых клавиш), запускает загрузку boot . Если же была зажата комбинация клавиш (у каждого устройства она своя) то запускает, в зависимости от команды, recovery, fastboot или apx. На рисунке ниже наглядно показано, что запускает Bootloader и как взаимосвязаны разделы.

Рис.3

Как видно из рисунка №3, раздел Recovery не влияет на загрузку Андроид ОС, но зачем же он тогда нужен? Давайте попробуем разобраться.

Recovery (рекавери) по сути является маленькой утилитой на ядре Linux и загружается не зависимо от Андроид. Его штатный функционал не богат: можно сбросить аппарат до заводских настроек или же обновить прошивку (заранее скачанную на sdcard ). Но, благодаря народным умельцам, у нас есть модифицированные рекавери, через которые можно устанавливать модифицированные (кастомные) прошивки, настраивать андроид, создавать резервные копии и многое другое. Наличие или отсутствие рекавери, а также его версия не влияют на работоспособность Андроид ОС (очень частый вопрос на форумах).

Особо внимательные читатели могли заметить на Рис.3 некий Fastboot . Это интерфейс для работы напрямую с разделами внутренней памяти, при помощи командной строки . Через него можно прошить рекавери, ядро или новую версию прошивки, или же форматировать (удалить всю информацию) тот или иной раздел.

Раз уж зашла речь об интерфейсах, хочу рассказать о еще одном, довольно известном,- adb (android debug bridge ) . Это, так называемый, режим отладки и назван он так неспроста – через него можно отслеживать работу, как системы в целом, так и отдельных приложений. Но это еще не все, при помощи adb можно получить полный доступ к файловой системе устройства и изменять системные файлы или же вытянуть важную информацию, когда ваш девайс завис на загрузке. Все функции режима отладки описывать не буду т.к. моя цель донести общую информацию, а не о функциях того или иного режима.

3. Внутренности системы

Разобравшись с теорией, давайте запустим Андроид ОС.

Нажимаем кнопку питания - запускается Bootloader , который загружает Ядро (boot), оно, в свою очередь, запускает систему (System), ну, а она уже подгружает программы (data) и пользовательское пространство (user). (Рис.3)

А теперь перейдем в корневой каталог и посмотрим на внутренности самой Android OS:

(Рис.4)

В этой схеме я привел, только необходимые для ознакомления, директории. На самом деле их гораздо больше и на обзор только одной папки System понадобится целая статья.

И так, папка data . Как можно догадаться из названия, она как-то связана с данными, но с какими? Да практически со всеми, это и данные о синхронизации и аккаунтах, пароли к точкам доступа wifi и настройки vpn , и так далее. Среди всего прочего тут можно обнаружить папки app , data и dalvik - cache – рассмотрим их назначение:

• app – сюда устанавливаются программы и игры.
• data – здесь хранятся данные приложений, их настройки, сэйвы игр и прочая информация.
• dalvik - cache - программная область кэш-памяти для программы Dalvik. Dalvik это Java-виртуальная машина, которая является основой для работы программ, имеющих *.apk расширение. Для того, чтобы сделать запуск программ быстрее - создается их кэш.

Папка System хранит в себе системные данные и все необходимое для работы ОС. Давайте рассмотрим некоторые из этих папок:

• app – здесь находятся системные приложения (смс, телефон, календарь, настройки и т.п.), а так же приложения установленные производителем устройства (фирменные виджеты, живые обои и т.д.).
• fonts – системные шрифты
• media – содержит стандартные мелодии звонков, уведомлений, будильников и звуков интерфейса, а так же загрузочную анимацию (bootanimation)
• build . prop – Этот файл упоминается, чуть ли не первым, в разговорах и статьях о тонкой настройке системы. В нем содержится огромное количество настроек, таких как плотность экрана, время задержки сенсора приближения, управление wifi, имя и производитель устройства и многие другие параметры.

4. Root

- Знать что в какой папке это хорошо, но можно ли что-то с этим сделать?

Да! Но нужны права суперпользователя (root ) или, если проводить аналогию с Windows, права Администратора. Изначально все устройства на Андроид идут без root прав для конечного пользователя, т.е. покупая девайс, мы не являемся в нем полноценными хозяевами. Это сделано как для защиты от вредоносных программ , так и от самого пользователя – ведь, в неумелых руках, полный доступ к системе может привести к «смерти» операционной системы и последующей необходимости в перепрошивке устройства.

«Ну и в чем польза такой опасной штуки?» - спросите Вы.

Сейчас расскажу:

• Возможность делать резервные копии данных и восстанавливать их после прошивки или случайного удаления.
• Тонкая настройка системы вручную или при помощи специальных программ.
• Удаление системных приложений, мелодий, обоев и т.п.
• Изменение внешнего вида ОС (например, отображение заряда батареи в процентах)
• Добавление функционала (поддержка ad - hoc сетей, к примеру)

Данный список можно продолжать еще долго, но, думаю, данных примеров будет достаточно для представления о возможностях и широте применения root привилегий.

Это все здорово, но теперь любая программа сможет получить доступ к «сердцу» операционки и моим данным?

Нет. Вы сами решаете разрешить, тому или иному приложению, получить root доступ, или нет. Для этого существует программа Superuser или ее продвинутая сестра SuperSU. Без этой или подобной программы воспользоваться root не возможно.

Эпилог

Как видите, Андроид не такая уж и сложная штука. Надеюсь, после прочтения статьи, вы узнали что-то новое или получили ответ на давно интересовавший вопрос.

Засим откланиваюсь, до встречи в комментариях. 😉

Тебя никогда не интересовало, как работают fastboot или ADB? Или почему смартфон под управлением Android практически невозможно превратить в кирпич? Или, может быть, ты давно хотел узнать, где кроется магия фреймворка Xposed и зачем нужны загрузочные скрипты /system/etc/init.d? А как насчет консоли восстановления (recovery)? Это часть Android или вещь в себе и почему для установки сторонней прошивки обычный рекавери не подходит? Ответы на все эти и многие другие вопросы ты найдешь в данной статье.

Как работает Android

Узнать о скрытых возможностях программных систем можно, поняв принцип их работы. В некоторых случаях сделать это затруднительно, так как код системы может быть закрыт, но в случае Android мы можем изучить всю систему вдоль и поперек. В этой статье я не буду рассказывать обо всех нюансах работы Android и остановлюсь только на том, как происходит запуск ОС и какие события имеют место быть в промежутке между нажатием кнопки питания и появлением рабочего стола.

Попутно я буду пояснять, что мы можем изменить в этой цепочке событий и как разработчики кастомных прошивок используют эти возможности для реализации таких вещей, как тюнинг параметров ОС, расширение пространства для хранения приложений, подключение swap, различных кастомизаций и многого другого. Всю эту информацию можно использовать для создания собственных прошивок и реализации различных хаков и модификаций.

Шаг первый. ABOOT и таблица разделов

Все начинается с первичного загрузчика. После включения питания система исполняет код загрузчика, записанного в постоянную память устройства. Затем он передает управление загрузчику aboot со встроенной поддержкой протокола fastboot, но производитель мобильного чипа или смартфона/планшета имеет право выбрать и любой другой загрузчик на его вкус. Например, компания Rockchip использует собственный, несовместимый с fastboot загрузчик, для перепрограммирования и управления которым приходится использовать проприетарные инструменты.

Протокол fastboot, в свою очередь, представляет собой систему управления загрузчиком с ПК, которая позволяет выполнять такие действия, как разлочка загрузчика, прошивка нового ядра и recovery, установка прошивки и многие другие. Смысл существования fastboot в том, чтобы иметь возможность восстановить смартфон в начальное состояние в ситуации, когда все остальные средства не работают. Fastboot останется на месте, даже если в результате экспериментов ты сотрешь со смартфона все разделы NAND-памяти, содержащие Android и recovery.

Получив управление, aboot проверяет таблицу разделов и передает управление ядру, прошитому в раздел с именем boot, после чего ядро извлекает в память RAM-образ из того же раздела и начинает загрузку либо Android, либо консоли восстановления. NAND-память в Android-устройствах поделена на шесть условно обязательных разделов:

• boot - содержит ядро и RAM-диск, обычно имеет размер в районе 16 Мб;
• recovery - консоль восстановления, состоит из ядра, набора консольных приложений и файла настроек, размер 16 Мб;
• system - содержит Android, в современных девайсах имеет размер не менее 1 Гб;
• cache - предназначен для хранения кешированных данных, также используется для сохранения прошивки в ходе OTA-обновления и поэтому имеет размер, сходный с размерами раздела system;
• userdata - содержит настройки, приложения и данные пользователя, ему отводится все оставшееся пространство NAND-памяти;
• misc - содержит флаг, определяющий, в каком режиме должна грузиться система: Android или recovery.

Кроме них, также могут существовать и другие разделы, однако общая разметка определяется еще на этапе проектирования смартфона и в случае aboot зашивается в код загрузчика. Это значит, что: 1) таблицу разделов нельзя убить, так как ее всегда можно восстановить с помощью команды fastboot oem format; 2) для изменения таблицы разделов придется разлочить и перепрошить загрузчик с новыми параметрами. Из этого правила, однако, бывают исключения. Например, загрузчик того же Rockchip хранит информацию о разделах в первом блоке NAND-памяти, так что для ее изменения перепрошивка загрузчика не нужна.

Особенно интересен раздел misc. Существует предположение, что изначально он был создан для хранения различных настроек независимо от основной системы, но в данный момент используется только для одной цели: указать загрузчику, из какого раздела нужно грузить систему - boot или recovery. Эту возможность, в частности, использует приложение ROM Manager для автоматической перезагрузки системы в recovery с автоматической же установкой прошивки. На ее же основе построен механизм двойной загрузки Ubuntu Touch, которая прошивает загрузчик Ubuntu в recovery и позволяет управлять тем, какую систему грузить в следующий раз. Стер раздел misc - загружается Android, заполнил данными - загружается recovery... то есть Ubuntu Touch.

Шаг второй. Раздел boot

Если в разделе misc не стоит флаг загрузки в recovery, aboot передает управление коду, расположенному в разделе boot. Это не что иное, как ядро Linux; оно находится в начале раздела, а сразу за ним следует упакованный с помощью архиваторов cpio и gzip образ RAM-диска, содержащий необходимые для работы Android каталоги, систему инициализации init и другие инструменты. Никакой файловой системы на разделе boot нет, ядро и RAM-диск просто следуют друг за другом. Содержимое RAM-диска такое:

• data - каталог для монтирования одноименного раздела;
• dev - файлы устройств;
• proc - сюда монтируется procfs;
• res - набор изображений для charger (см. ниже);
• sbin - набор подсобных утилит и демонов (adbd, например);
• sys - сюда монтируется sysfs;
• system - каталог для монтирования системного раздела;
• charger - приложение для отображения процесса зарядки;
• build.prop - системные настройки;
• init - система инициализации;
• init.rc - настройки системы инициализации;
• ueventd.rc - настройки демона uventd, входящего в состав init.

Это, если можно так выразиться, скелет системы: набор каталогов для подключения файловых систем из разделов NAND-памяти и система инициализации, которая займется всей остальной работой по загрузке системы. Центральный элемент здесь - приложение init и его конфиг init.rc, о которых во всех подробностях я расскажу позже. А пока хочу обратить внимание на файлы charger и ueventd.rc, а также каталоги sbin, proc и sys.

Файл charger - это небольшое приложение, единственная задача которого - вывести на экран значок батареи. Он не имеет никакого отношения к Android и используется тогда, когда устройство подключается к заряднику в выключенном состоянии. В этом случае загрузки Android не происходит, а система просто загружает ядро, подключает RAM-диск и запускает charger. Последний выводит на экран иконку батареи, изображение которой во всех возможных состояниях хранится в обычных PNG-файлах внутри каталога res.

Файл ueventd.rc представляет собой конфиг, определяющий, какие файлы устройств в каталоге sys должны быть созданы на этапе загрузки системы. В основанных на ядре Linux системах доступ к железу осуществляется через специальные файлы внутри каталога dev, а за их создание в Android отвечает демон ueventd, являющийся частью init. В нормальной ситуации он работает в автоматическом режиме, принимая команды на создание файлов от ядра, но некоторые файлы необходимо создавать самостоятельно. Они перечислены в ueventd.rc.

Каталог sbin в стоковом Android обычно не содержит ничего, кроме adbd, то есть демона ADB, который отвечает за отладку системы с ПК. Он запускается на раннем этапе загрузки ОС и позволяет выявить возможные проблемы на этапе инициализации ОС. В кастомных прошивках в этом каталоге можно найти кучу других файлов, например mke2fs, которая может потребоваться, если разделы необходимо переформатировать в ext3/4. Также модеры часто помещают туда BusyBox, с помощью которого можно вызвать сотни Linux-команд.

Каталог proc для Linux стандартен, на следующих этапах загрузки init подключит к нему procfs, виртуальную файловую систему, которая предоставляет доступ к информации обо всех процессах системы. К каталогу sys система подключит sysfs, открывающую доступ к информации о железе и его настройкам. С помощью sysfs можно, например, отправить устройство в сон или изменить используемый алгоритм энергосбережения.

Файл build.prop предназначен для хранения низкоуровневых настроек Android. Позже система обнулит эти настройки и перезапишет их значениями из недоступного пока файла system/build.prop.

Выносы из текста

• Fastboot останется на месте, даже если в результате экспериментов ты сотрешь со смартфона содержимое всех разделов NAND-памяти
• Раздел recovery полностью самодостаточен и содержит миниатюрную операционную систему, которая никак не связана с Android
• Слегка изменив файл fstab, мы можем заставить init загрузить систему с карты памяти

Шаг второй, альтернативный. Раздел recovery

В том случае, если флаг загрузки recovery в разделе misc установлен или пользователь включил смартфон с зажатой клавишей уменьшения громкости, aboot передаст управление коду, расположенному в начале раздела recovery. Как и раздел boot, он содержит ядро и RAM-диск, который распаковывается в память и становится корнем файловой системы. Однако содержимое RAM-диска здесь несколько другое.

В отличие от раздела boot, выступающего в роли переходного звена между разными этапами загрузки ОС, раздел recovery полностью самодостаточен и содержит миниатюрную операционную систему, которая никак не связана с Android. У recovery свое ядро, свой набор приложений (команд) и свой интерфейс, позволяющий пользователю активировать служебные функции.

В стандартном (стоковом) recovery таких функций обычно всего три: установка подписанных ключом производителя смартфона прошивок, вайп и перезагрузка. В модифицированных сторонних recovery, таких как ClockworkMod и TWRP, функций гораздо больше. Они умеют форматировать файловые системы, устанавливать прошивки, подписанные любыми ключами (читай: кастомные), монтировать файловые системы на других разделах (в целях отладки ОС) и включают в себя поддержку скриптов, которая позволяет автоматизировать процесс прошивки и многие другие функции.

С помощью скриптов, например, можно сделать так, чтобы после загрузки recovery автоматически нашел на карте памяти нужные прошивки, установил их и перезагрузился в Android. Эта возможность используется инструментами ROM Manager, auto-flasher, а также механизмом автоматического обновления CyanogenMod и других прошивок.

Кастомные рекавери также поддерживают скрипты бэкапа, располагающиеся в каталоге /system/addon.d/. Перед прошивкой recovery проверяет наличие скриптов и выполняет их перед тем, как произвести прошивку. Благодаря таким скриптам gapps не исчезают после установки новой версии прошивки.

Команды fastboot

Чтобы получить доступ к fastboot, необходимо установить Android SDK, подключить смартфон к ПК с помощью кабеля и включить его, зажав обе кнопки громкости. После этого следует перейти в подкаталог platform-tools внутри SDK и запустить команду

Fastboot devices

На экран будет выведено имя устройства. Другие доступные команды:

• fatsboot oem unlock - разлочка загрузчика на нексусах;
• update файл.zip - установка прошивки;
• flash boot boot.img - прошивка образа boot-раздела;
• flash recovery recovery.img - прошивка образа раздела recovery;
• flash system system.img - прошивка образа системы;
• oem format - восстановление разрушенной таблицы разделов;

Шаг третий. Инициализация

Итак, получив управление, ядро подключает RAM-диск и по окончании инициализации всех своих подсистем и драйверов запускает процесс init, с которого начинается инициализация Android. Как я уже говорил, у init есть конфигурационный файл init.rc, из которого процесс узнает о том, что конкретно он должен сделать, чтобы поднять систему. В современных смартфонах этот конфиг имеет внушительную длину в несколько сот строк и к тому же снабжен прицепом из нескольких дочерних конфигов, которые подключаются к основному с помощью директивы import. Тем не менее его формат достаточно простой и по сути представляет собой набор команд, разделенных на блоки.

Каждый блок определяет стадию загрузки или, выражаясь языком разработчиков Android, действие. Блоки отделены друг от друга директивой on, за которой следует имя действия, например on early-init или on post-fs. Блок команд будет выполнен только в том случае, если сработает одноименный триггер. По мере загрузки init будет по очереди активировать триггеры early-init, init, early-fs, fs, post-fs, early-boot и boot, запуская таким образом соответствующие блоки команд.

Если конфигурационный файл тянет за собой еще несколько конфигов, перечисленных в начале (а это почти всегда так), то одноименные блоки команд внутри них будут объединены с основным конфигом, так что при срабатывании триггера init выполнит команды из соответствующих блоков всех файлов. Это сделано для удобства формирования конфигурационных файлов для нескольких устройств, когда основной конфиг содержит общие для всех девайсов команды, а специфичные для каждого устройства записываются в отдельные файлы.

Наиболее примечательный из дополнительных конфигов носит имя initrc.имя_устройства.rc, где имя устройства определяется автоматически на основе содержимого системной переменной ro.hardware. Это платформенно-зависимый конфигурационный файл, который содержит блоки команд, специфичные для конкретного устройства. Кроме команд, отвечающих за тюнинг ядра, он также содержит примерно такую команду:

Mount_all ./fstab.имя_устройства

Она означает, что теперь init должен подключить все файловые системы, перечисленные в файле./fstab.имя_устройства, который имеет следующую структуру:

Имя_устройства_(раздела) точка_монтирования файловая_система опции_фс прочие опции

Обычно в нем содержатся инструкции по подключению файловых систем из внутренних NAND-разделов к каталогам /system (ОС), /data (настройки приложений) и /cache (кешированные данные). Однако слегка изменив этот файл, мы можем заставить init загрузить систему с карты памяти. Для этого достаточно разбить карту памяти на три 4 раздела: 1 Гб / ext4, 2 Гб / ext4, 1 Гб / ext4 и оставшееся пространство fat32. Далее необходимо определить имена разделов карты памяти в каталоге /dev (для разных устройств они отличаются) и заменить ими оригинальные имена устройств в файле fstab.

В конце блока boot init, скорее всего, встретит команду class_start default, которая сообщит, что далее следует запустить все перечисленные в конфиге службы, имеющие отношение к классу default. Описание служб начинается с директивы service, за которой следует имя службы и команда, которая должна быть выполнена для ее запуска. В отличие от команд, перечисленных в блоках, службы должны работать все время, поэтому на протяжении всей жизни смартфона init будет висеть в фоне и следить за этим.

Современный Android включает в себя десятки служб, но две из них имеют особый статус и определяют весь жизненный цикл системы.

Команды init.rc

Процесс init имеет встроенный набор команд, многие из которых повторяют стандартный набор команд Linux. Наиболее примечательные из них:

• exec /путь/до/команды - запустить внешнюю команду;
• ifup интерфейс - поднять сетевой интерфейс;
• class_start имя_класса - запустить службы, относящиеся к указанному классу;
• class_stop имя_класса - остановить службы;
• insmod /путь/до/модуля - загрузить модуль ядра;
• mount ФС устройство каталог - подключить файловую систему;
• setprop имя значение - установить системную переменную;
• start имя_службы - запустить указанную службу;
• trigger имя - включить триггер (выполнить указанный блок команд);
• write /путь/до/файла строка - записать строку в файл.

Шаг четвертый. Zygote и app_process

На определенном этапе загрузки init встретит в конце конфига примерно такой блок:

Service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class default socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd

Это описание службы Zygote, ключевого компонента любой Android-системы, который ответственен за инициализацию, старт системных служб, запуск и остановку пользовательских приложений и многие другие задачи. Zygote запускается с помощью небольшого приложения /system/bin/app_process, что очень хорошо видно на приведенном выше куске конфига. Задача app_proccess - запустить виртуальную машину Dalvik, код которой располагается в разделяемой библиотеке /system/lib/libandroid_runtime.so, а затем поверх нее запустить Zygote.

Когда все это будет сделано и Zygote получит управление, он начинает формирование среды исполнения Java-приложений с помощью загрузки всех Java-классов фреймворка (сейчас их более 2000). Затем он запускает system_server, включающий в себя большинство высокоуровневых (написанных на Java) системных сервисов, в том числе Window Manager, Status Bar, Package Manager и, что самое важное, Activity Manager, который в будущем будет ответственен за получение сигналов о старте и завершении приложений.

После этого Zygote открывает сокет /dev/socket/zygote и уходит в сон, ожидая данные. В это время запущенный ранее Activity Manager посылает широковещательный интент Intent.CATEGORY_HOME, чтобы найти приложение, отвечающее за формирование рабочего стола, и отдает его имя Zygote через сокет. Последний, в свою очередь, форкается и запускает приложение поверх виртуальной машины. Вуаля, у нас на экране появляется рабочий стол, найденный Activity Manager и запущенный Zygote, и статусная строка, запущенная system_server в рамках службы Status Bar. После тапа по иконке рабочий стол пошлет интент с именем этого приложения, его примет Activity Manager и передаст команду на старт приложения демону Zygote

INFO

В терминологии Linux RAM-диск - это своего рода виртуальный жесткий диск, существующий только в оперативной памяти. На раннем этапе загрузки ядро извлекает содержимое диска из образа и подключает его как корневую файловую систему (rootfs).

В процессе загрузки Android отображает три разных загрузочных экрана: первый появляется сразу после нажатия кнопки питания и прошит в ядро Linux, второй отображается на ранних этапах инициализации и записан в файл /initlogo.rle (сегодня почти не используется), последний запускается с помощью приложения bootanimation и содержится в файле /system/media/bootanimation.zip.

Кроме стандартных триггеров, init позволяет определять собственные триггеры, которые могут срабатывать от самых разных событий: подключения устройства к USB, изменения состояния смартфона или изменения состояния системных переменных.

Кроме всего прочего, Activity Manager также занимается убийством фоновых приложений при нехватке памяти. Значения порогов свободной памяти содержатся в файле /sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree.

Все это может выглядеть несколько непонятно, но самое главное - запомнить три простые вещи:

Во многом Android сильно отличается от других ОС, и с наскоку в нем не разобраться. Однако, если понять, как все работает, открываются просто безграничные возможности. В отличие от iOS и Windows Phone, операционка от гугла имеет очень гибкую архитектуру, которая позволяет серьезно менять ее поведение без необходимости писать код. В большинстве случаев достаточно подправить нужные конфиги и скрипты.

Android is an open source, Linux-based software stack created for a wide array of devices and form factors. The following diagram shows the major components of the Android platform.

Figure 1.

The Linux Kernel

The foundation of the Android platform is the Linux kernel. For example, relies on the Linux kernel for underlying functionalities such as threading and low-level memory management.

Using a Linux kernel allows Android to take advantage of and allows device manufacturers to develop hardware drivers for a well-known kernel.

Hardware Abstraction Layer (HAL)

Android also includes a set of core runtime libraries that provide most of the functionality of the Java programming language, including some Java 8 language features , that the Java API framework uses.

Native C/C++ Libraries

Many core Android system components and services, such as ART and HAL, are built from native code that require native libraries written in C and C++. The Android platform provides Java framework APIs to expose the functionality of some of these native libraries to apps. For example, you can access OpenGL ES through the Android framework’s Java OpenGL API to add support for drawing and manipulating 2D and 3D graphics in your app.

If you are developing an app that requires C or C++ code, you can use the Android NDK to access some of these native platform libraries directly from your native code.

Java API Framework

The entire feature-set of the Android OS is available to you through APIs written in the Java language. These APIs form the building blocks you need to create Android apps by simplifying the reuse of core, modular system components and services, which include the following:

• A rich and extensible View System you can use to build an app’s UI, including lists, grids, text boxes, buttons, and even an embeddable web browser
• A , providing access to non-code resources such as localized strings, graphics, and layout files
• A Notification Manager that enables all apps to display custom alerts in the status bar
• An Activity Manager that manages the lifecycle of apps and provides a common navigation back stack
• Content Providers that enable apps to access data from other apps, such as the Contacts app, or to share their own data

Developers have full access to the same framework APIs that Android system apps use.

System Apps

Android comes with a set of core apps for email, SMS messaging, calendars, internet browsing, contacts, and more. Apps included with the platform have no special status among the apps the user chooses to install. So a third-party app can become the user"s default web browser, SMS messenger, or even the default keyboard (some exceptions apply, such as the system"s Settings app).

The system apps function both as apps for users and to provide key capabilities that developers can access from their own app. For example, if your app would like to deliver an SMS message, you don"t need to build that functionality yourself-you can instead invoke whichever SMS app is already installed to deliver a message to the recipient you specify.

Тебя никогда не интересовало, как работают fastboot или ADB? Или почему смартфон под управлением Android практически невозможно превратить в кирпич? Или, может быть, ты давно хотел узнать, где кроется магия фреймворка Xposed и зачем нужны загрузочные скрипты /system/etc/init.d? А как насчет консоли восстановления (recovery)? Это часть Android или вещь в себе и почему для установки сторонней прошивки обычный рекавери не подходит? Ответы на все эти и многие другие вопросы ты найдешь в данной статье.

Как работает Android

Узнать о скрытых возможностях программных систем можно, поняв принцип их работы. В некоторых случаях сделать это затруднительно, так как код системы может быть закрыт, но в случае Android мы можем изучить всю систему вдоль и поперек. В этой статье я не буду рассказывать обо всех нюансах работы Android и остановлюсь только на том, как происходит запуск ОС и какие события имеют место быть в промежутке между нажатием кнопки питания и появлением рабочего стола.

Попутно я буду пояснять, что мы можем изменить в этой цепочке событий и как разработчики кастомных прошивок используют эти возможности для реализации таких вещей, как тюнинг параметров ОС, расширение пространства для хранения приложений, подключение swap, различных кастомизаций и многого другого. Всю эту информацию можно использовать для создания собственных прошивок и реализации различных хаков и модификаций.

Шаг первый. ABOOT и таблица разделов

Все начинается с первичного загрузчика. После включения питания система исполняет код загрузчика, записанного в постоянную память устройства. Затем он передает управление загрузчику aboot со встроенной поддержкой протокола fastboot, но производитель мобильного чипа или смартфона/планшета имеет право выбрать и любой другой загрузчик на его вкус. Например, компания Rockchip использует собственный, несовместимый с fastboot загрузчик, для перепрограммирования и управления которым приходится использовать проприетарные инструменты.

Протокол fastboot, в свою очередь, представляет собой систему управления загрузчиком с ПК, которая позволяет выполнять такие действия, как разлочка загрузчика, прошивка нового ядра и recovery, установка прошивки и многие другие. Смысл существования fastboot в том, чтобы иметь возможность восстановить смартфон в начальное состояние в ситуации, когда все остальные средства не работают. Fastboot останется на месте, даже если в результате экспериментов ты сотрешь со смартфона все разделы NAND-памяти, содержащие Android и recovery.

Получив управление, aboot проверяет таблицу разделов и передает управление ядру, прошитому в раздел с именем boot, после чего ядро извлекает в память RAM-образ из того же раздела и начинает загрузку либо Android, либо консоли восстановления. NAND-память в Android-устройствах поделена на шесть условно обязательных разделов:

• boot - содержит ядро и RAM-диск, обычно имеет размер в районе 16 Мб;
• recovery - консоль восстановления, состоит из ядра, набора консольных приложений и файла настроек, размер 16 Мб;
• system - содержит Android, в современных девайсах имеет размер не менее 1 Гб;
• cache - предназначен для хранения кешированных данных, также используется для сохранения прошивки в ходе OTA-обновления и поэтому имеет размер, сходный с размерами раздела system;
• userdata - содержит настройки, приложения и данные пользователя, ему отводится все оставшееся пространство NAND-памяти;
• misc - содержит флаг, определяющий, в каком режиме должна грузиться система: Android или recovery.

Кроме них, также могут существовать и другие разделы, однако общая разметка определяется еще на этапе проектирования смартфона и в случае aboot зашивается в код загрузчика. Это значит, что: 1) таблицу разделов нельзя убить, так как ее всегда можно восстановить с помощью команды fastboot oem format; 2) для изменения таблицы разделов придется разлочить и перепрошить загрузчик с новыми параметрами. Из этого правила, однако, бывают исключения. Например, загрузчик того же Rockchip хранит информацию о разделах в первом блоке NAND-памяти, так что для ее изменения перепрошивка загрузчика не нужна.

Часть кода загрузчика, определяющая таблицу разделов ​

Особенно интересен раздел misc. Существует предположение, что изначально он был создан для хранения различных настроек независимо от основной системы, но в данный момент используется только для одной цели: указать загрузчику, из какого раздела нужно грузить систему - boot или recovery. Эту возможность, в частности, использует приложение ROM Manager для автоматической перезагрузки системы в recovery с автоматической же установкой прошивки. На ее же основе построен механизм двойной загрузки Ubuntu Touch, которая прошивает загрузчик Ubuntu в recovery и позволяет управлять тем, какую систему грузить в следующий раз. Стер раздел misc - загружается Android, заполнил данными - загружается recovery… то есть Ubuntu Touch.

Шаг второй. Раздел boot

Если в разделе misc не стоит флаг загрузки в recovery, aboot передает управление коду, расположенному в разделе boot. Это не что иное, как ядро Linux; оно находится в начале раздела, а сразу за ним следует упакованный с помощью архиваторов cpio и gzip образ RAM-диска, содержащий необходимые для работы Android каталоги, систему инициализации init и другие инструменты. Никакой файловой системы на разделе boot нет, ядро и RAM-диск просто следуют друг за другом. Содержимое RAM-диска такое:

• data - каталог для монтирования одноименного раздела;
• dev - файлы устройств;
• proc - сюда монтируется procfs;
• res - набор изображений для charger (см. ниже);
• sbin - набор подсобных утилит и демонов (adbd, например);
• sys - сюда монтируется sysfs;
• system - каталог для монтирования системного раздела;
• charger - приложение для отображения процесса зарядки;
• build.prop - системные настройки;
• init - система инициализации;
• init.rc - настройки системы инициализации;
• ueventd.rc - настройки демона uventd, входящего в состав init.

Это, если можно так выразиться, скелет системы: набор каталогов для подключения файловых систем из разделов NAND-памяти и система инициализации, которая займется всей остальной работой по загрузке системы. Центральный элемент здесь - приложение init и его конфиг init.rc, о которых во всех подробностях я расскажу позже. А пока хочу обратить внимание на файлы charger и ueventd.rc, а также каталоги sbin, proc и sys.

Файл charger - это небольшое приложение, единственная задача которого - вывести на экран значок батареи. Он не имеет никакого отношения к Android и используется тогда, когда устройство подключается к заряднику в выключенном состоянии. В этом случае загрузки Android не происходит, а система просто загружает ядро, подключает RAM-диск и запускает charger. Последний выводит на экран иконку батареи, изображение которой во всех возможных состояниях хранится в обычных PNG-файлах внутри каталога res.

Файл ueventd.rc представляет собой конфиг, определяющий, какие файлы устройств в каталоге sys должны быть созданы на этапе загрузки системы. В основанных на ядре Linux системах доступ к железу осуществляется через специальные файлы внутри каталога dev, а за их создание в Android отвечает демон ueventd, являющийся частью init. В нормальной ситуации он работает в автоматическом режиме, принимая команды на создание файлов от ядра, но некоторые файлы необходимо создавать самостоятельно. Они перечислены в ueventd.rc.

Каталог sbin в стоковом Android обычно не содержит ничего, кроме adbd, то есть демона ADB, который отвечает за отладку системы с ПК. Он запускается на раннем этапе загрузки ОС и позволяет выявить возможные проблемы на этапе инициализации ОС. В кастомных прошивках в этом каталоге можно найти кучу других файлов, например mke2fs, которая может потребоваться, если разделы необходимо переформатировать в ext3/4. Также модеры часто помещают туда BusyBox, с помощью которого можно вызвать сотни Linux-команд.

Каталог proc для Linux стандартен, на следующих этапах загрузки init подключит к нему procfs, виртуальную файловую систему, которая предоставляет доступ к информации обо всех процессах системы. К каталогу sys система подключит sysfs, открывающую доступ к информации о железе и его настройкам. С помощью sysfs можно, например, отправить устройство в сон или изменить используемый алгоритм энергосбережения.

Файл build.prop предназначен для хранения низкоуровневых настроек Android. Позже система обнулит эти настройки и перезапишет их значениями из недоступного пока файла system/build.prop.

Корневой раздел ТВ-приставки OUYA ​

Шаг второй, альтернативный. Раздел recovery

В том случае, если флаг загрузки recovery в разделе misc установлен или пользователь включил смартфон с зажатой клавишей уменьшения громкости, aboot передаст управление коду, расположенному в начале раздела recovery. Как и раздел boot, он содержит ядро и RAM-диск, который распаковывается в память и становится корнем файловой системы. Однако содержимое RAM-диска здесь несколько другое.

В отличие от раздела boot, выступающего в роли переходного звена между разными этапами загрузки ОС, раздел recovery полностью самодостаточен и содержит миниатюрную операционную систему, которая никак не связана с Android. У recovery свое ядро, свой набор приложений (команд) и свой интерфейс, позволяющий пользователю активировать служебные функции.

В стандартном (стоковом) recovery таких функций обычно всего три: установка подписанных ключом производителя смартфона прошивок, вайп и перезагрузка. В модифицированных сторонних recovery, таких как ClockworkMod и TWRP, функций гораздо больше. Они умеют форматировать файловые системы, устанавливать прошивки, подписанные любыми ключами (читай: кастомные), монтировать файловые системы на других разделах (в целях отладки ОС) и включают в себя поддержку скриптов, которая позволяет автоматизировать процесс прошивки и многие другие функции.

С помощью скриптов, например, можно сделать так, чтобы после загрузки recovery автоматически нашел на карте памяти нужные прошивки, установил их и перезагрузился в Android. Эта возможность используется инструментами ROM Manager, auto-flasher, а также механизмом автоматического обновления CyanogenMod и других прошивок.

Кастомные рекавери также поддерживают скрипты бэкапа, располагающиеся в каталоге /system/addon.d/. Перед прошивкой recovery проверяет наличие скриптов и выполняет их перед тем, как произвести прошивку. Благодаря таким скриптам gapps не исчезают после установки новой версии прошивки.

Шаг третий. Инициализация

Итак, получив управление, ядро подключает RAM-диск и по окончании инициализации всех своих подсистем и драйверов запускает процесс init, с которого начинается инициализация Android. Как я уже говорил, у init есть конфигурационный файл init.rc, из которого процесс узнает о том, что конкретно он должен сделать, чтобы поднять систему. В современных смартфонах этот конфиг имеет внушительную длину в несколько сот строк и к тому же снабжен прицепом из нескольких дочерних конфигов, которые подключаются к основному с помощью директивы import. Тем не менее его формат достаточно простой и по сути представляет собой набор команд, разделенных на блоки.

Каждый блок определяет стадию загрузки или, выражаясь языком разработчиков Android, действие. Блоки отделены друг от друга директивой on, за которой следует имя действия, например on early-init или on post-fs. Блок команд будет выполнен только в том случае, если сработает одноименный триггер. По мере загрузки init будет по очереди активировать триггеры early-init, init, early-fs, fs, post-fs, early-boot и boot, запуская таким образом соответствующие блоки команд.

Часть конфига init.rc из CyanogenMod ​

Если конфигурационный файл тянет за собой еще несколько конфигов, перечисленных в начале (а это почти всегда так), то одноименные блоки команд внутри них будут объединены с основным конфигом, так что при срабатывании триггера init выполнит команды из соответствующих блоков всех файлов. Это сделано для удобства формирования конфигурационных файлов для нескольких устройств, когда основной конфиг содержит общие для всех девайсов команды, а специфичные для каждого устройства записываются в отдельные файлы.

Наиболее примечательный из дополнительных конфигов носит имя initrc.имя_устройства.rc, где имя устройства определяется автоматически на основе содержимого системной переменной ro.hardware. Это платформенно-зависимый конфигурационный файл, который содержит блоки команд, специфичные для конкретного устройства. Кроме команд, отвечающих за тюнинг ядра, он также содержит примерно такую команду:

Код:

Mount_all ./fstab.имя_устройства

Она означает, что теперь init должен подключить все файловые системы, перечисленные в файле./fstab.имя_устройства, который имеет следующую структуру:

Код:

Имя_устройства_(раздела) точка_монтирования файловая_система опции_фс прочие опции

Обычно в нем содержатся инструкции по подключению файловых систем из внутренних NAND-разделов к каталогам /system (ОС), /data (настройки приложений) и /cache (кешированные данные). Однако слегка изменив этот файл, мы можем заставить init загрузить систему с карты памяти. Для этого достаточно разбить карту памяти на три 4 раздела: 1 Гб / ext4, 2 Гб / ext4, 1 Гб / ext4 и оставшееся пространство fat32. Далее необходимо определить имена разделов карты памяти в каталоге /dev (для разных устройств они отличаются) и заменить ими оригинальные имена устройств в файле fstab.

Типичное содержимое файла fstab ​

В конце блока boot init, скорее всего, встретит команду class_start default, которая сообщит, что далее следует запустить все перечисленные в конфиге службы, имеющие отношение к классу default. Описание служб начинается с директивы service, за которой следует имя службы и команда, которая должна быть выполнена для ее запуска. В отличие от команд, перечисленных в блоках, службы должны работать все время, поэтому на протяжении всей жизни смартфона init будет висеть в фоне и следить за этим.

Современный Android включает в себя десятки служб, но две из них имеют особый статус и определяют весь жизненный цикл системы.

Шаг четвертый. Zygote и app_process

На определенном этапе загрузки init встретит в конце конфига примерно такой блок:

Код:

Service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class default socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd

Это описание службы Zygote, ключевого компонента любой Android-системы, который ответственен за инициализацию, старт системных служб, запуск и остановку пользовательских приложений и многие другие задачи. Zygote запускается с помощью небольшого приложения /system/bin/app_process, что очень хорошо видно на приведенном выше куске конфига. Задача app_proccess - запустить виртуальную машину Dalvik, код которой располагается в разделяемой библиотеке /system/lib/libandroid_runtime.so, а затем поверх нее запустить Zygote.

Когда все это будет сделано и Zygote получит управление, он начинает формирование среды исполнения Java-приложений с помощью загрузки всех Java-классов фреймворка (сейчас их более 2000). Затем он запускает system_server, включающий в себя большинство высокоуровневых (написанных на Java) системных сервисов, в том числе Window Manager, Status Bar, Package Manager и, что самое важное, Activity Manager, который в будущем будет ответственен за получение сигналов о старте и завершении приложений.

После этого Zygote открывает сокет /dev/socket/zygote и уходит в сон, ожидая данные. В это время запущенный ранее Activity Manager посылает широковещательный интент Intent.CATEGORY_HOME, чтобы найти приложение, отвечающее за формирование рабочего стола, и отдает его имя Zygote через сокет. Последний, в свою очередь, форкается и запускает приложение поверх виртуальной машины. Вуаля, у нас на экране появляется рабочий стол, найденный Activity Manager и запущенный Zygote, и статусная строка, запущенная system_server в рамках службы Status Bar. После тапа по иконке рабочий стол пошлет интент с именем этого приложения, его примет Activity Manager и передаст команду на старт приложения демону Zygote

Все это может выглядеть несколько непонятно, но самое главное - запомнить три простые вещи:

• Процесс запуска Android делится на две ключевые стадии: до Zygote и после. До старта Zygote система инициализирует низкоуровневые компоненты ОС. Это такие операции, как подключение (монтирование) файловых систем, запуск низкоуровневых служб (например rild, отвечающий за работу с GSM-модемом, SurfaceFlinger, управляющий тем, что изображено на экране, vold, управляющий подключенными файловыми системами). После запуска Zygote начинается инициализация исключительно Java-компонентов, которые составляют 80% операционной системы. Этим, в частности, пользуется известный фреймворк Xposed, который при установке подменяет app_process на собственную модифицированную версию, которая способна перехватывать вызовы любых Java-классов, подменяя их на любые другие. Именно поэтому у модулей Xposed такие широкие возможности по модификации внешнего вида и поведения Android. На самом деле они ничего не изменяют в системе, а просто заставляют ее использовать сторонние компоненты вместо своих.
• Java-приложения никогда не запускаются «с нуля». Когда Zygote получает запрос на старт приложения от Activity Manager, он не запускает новую виртуальную машину, а просто форкается, то есть копирует самого себя и затем запускает поверх полученной копии виртуальной машины нужное приложение. Такой принцип работы позволяет, во-первых, свести расход памяти к минимуму, так как Linux при форке копирует память в режиме copy-on-write (новый процесс ссылается на память старого), а во-вторых, существенно ускорить запуск приложения: форк процесса происходит намного быстрее запуска новой виртуальной машины и загрузки нужных приложению Java-классов.
• В Android повсеместно используются интенты. Для общения между собой компоненты Android никогда не применяют прямой вызов процедур и классов. Вместо этого используется система сообщений (интентов), которая, кроме высокого уровня безопасности, дает также множество других вкусностей, таких как, например, возможность вызвать приложение, ничего о нем не зная. Выше я уже писал, что для запуска рабочего стола системе достаточно послать интент Intent.CATEGORY_HOME, на который откликнется любое приложение, способное выполнять функцию лончера. Таким же образом работает кнопка «Поделиться», а также множество других компонентов системы.