Что такое анероид. Внутреннее устройство систем Android

Что такое анероид. Внутреннее устройство систем Android

Определение того, что такое «Андроид» в телефоне, является таким: это предназначенная в первую очередь для сенсорных мобильных устройств. Будучи изначально разработанной для компании Android Inc с финансовой поддержкой Google и позже выкупленной этой компанией в 2005 году, ОС была представлена в 2007 году вместе с альянсом Open Handset Alliance. Первый телефон на этой платформе был продан в октябре 2008 года.

Android имеет открытый исходный код, который Google выпускает под лицензией Apache. Это означает, что при помощи разрешительного лицензирования можно разрабатывать программное обеспечение, благодаря чему ОС быстро стала популярной среди специалистов и разработчиков. Поэтому, говоря о том, что такое «Андроид» в телефоне, можно смело утверждать, что это — платформа, имеющая большое сообщество разработчиков, которые пишут приложения, расширяющие функциональность устройств. Как правило, все приложения пишутся на специальной версии В октябре 2012 года насчитывалось около 700 000 приложений, доступных для загрузки на телефон программы «Андроид», а оценочное число приложений, загружаемых из Google Play, первичного официального магазина, составило 25 миллиардов долларов.

Что такое анероид. Внутреннее устройство систем Android

Эти факторы способствовали тому, что Android стала наиболее широко используемой платформой для смартфонов в мире, обогнав Symbian в четвертом квартале 2010 года. Многие технологические компании быстро разобрались в том, что такое «Андроид» в телефоне, и сегодня она повсеместно используется как недорогая, настраиваемая и легкая в использовании операционная система для высокотехнологичных устройств.

Несмотря на то, что она предназначена в первую очередь для телефонов и планшетов, были разработаны дополнительные приложения для телевизоров, игровых консолей, цифровых камер и другой электроники. Если ранее был актуальным только вопрос о том, как установить «Андроид» на телефон, то сегодня обсуждается возможность загрузки ОС на любой гаджет. Открытый характер Android в дальнейшем повлиял на образование большого сообщества разработчиков и энтузиастов, которые стали использовать ее открытый исходный код в качестве основы для совместных проектов. В результате указанных проектов появились новые функции, рассчитанные на продвинутых пользователей.

Android основан на прямых манипуляциях, осуществляемых с помощью сенсорного входа. Все действия в этой ОС слабо соответствуют реальным нажатиям, поскольку пользоваться меню можно легкими движениями пальца. На таких устройствах ответ на пользовательский ввод происходит немедленно и обеспечивается за счет жидкости, содержащейся в дисплеях с сенсорным интерфейсом. Внутренние (акселерометры, гироскопы и датчики) также используются некоторыми приложениями и позволяют реагировать на другие действия пользователя. Таковыми являются изменение ориентации экрана с книжной на альбомную, а также возможность совершать различные действия в играх.

Если говорить о том, что такое «Андроид» в телефоне визуально, то рабочий стол состоит из иконок приложений и виджетов. При такой разметке иконки предназначены для того, чтобы запустить соответствующее приложение, в то время как виджеты отображают живое и контента — прогноз погоды, состояние электронной почты пользователя или тикер новостей.

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 содержи