Операционная система Android

Операционная система Android имеет многослойную архитектуру, состоящую из нескольких ключевых компонентов.
Давайте рассмотрим эти компоненты подробнее:

Ядро Linux

Ядро Linux служит основой всей операционной системы Android. Оно отвечает за управление основными ресурсами устройства, такими как память, процессор, сетевые подключения и файловая система. Ядро обеспечивает низкоуровневый доступ к аппаратуре и управляет взаимодействием между различными компонентами системы.

Основные функции ядра Linux:

• Управление процессами и потоками.
• Планирование задач.
• Управление памятью.
• Файловая система.
• Драйверы устройств.

Благодаря использованию ядра Linux, Android унаследовала стабильность и безопасность, присущие этой операционной системе.

Среда выполнения Dalvik/ART

Dalvik и ART (Android Runtime) — это две различные среды выполнения, используемые в Android для запуска приложений. Они отвечают за интерпретацию байт-кода, созданного компилятором Java, и его исполнение на устройстве.

Dalvik (до Android 4.4 KitKat):

• Байт-код: Программы, написанные на языке Java, компилируются в байт-код, который затем интерпретируется средой выполнения Dalvik.
• Интерпретация: Dalvik использует методику Just-In-Time (JIT) компиляции, когда код интерпретируется во время исполнения программы.
• Преимущества: Низкое потребление памяти, но относительно низкая производительность.

ART (начиная с Android 5.0 Lollipop):

• Компилируемый байт-код: В отличие от Dalvik, ART использует методику Ahead-of-Time (AOT) компиляции, когда весь байт-код компилируется в машинный код перед запуском приложения.
• Производительность: Повышенная производительность за счет предварительной компиляции кода.
• Память: Производительность: Повышенная производительность за счет предварительной компиляции кода.

Фреймворк приложений

Фреймворк приложений Android предоставляет набор API и библиотек, которые позволяют разработчикам создавать приложения, используя стандартные компоненты и сервисы операционной системы. Он включает в себя множество классов и методов, упрощающих разработку пользовательских интерфейсов, работу с данными, взаимодействие с аппаратурой и многое другое.

Основные компоненты фреймворка:

• Activities: Представляют собой отдельные экраны приложения и управляют жизненным циклом этих экранов.
• Services: Позволяют выполнять задачи в фоне без взаимодействия с пользователем.
• Content Providers: Управляют доступом к данным, таким как контакты, медиафайлы и настройки.
• Broadcast Receivers: Получают системные сообщения и реагируют на определенные события.
• Intents: Механизм передачи сообщений между компонентами приложения и другими приложениями.

Совместно эти три компонента формируют мощную и гибкую платформу для разработки мобильных приложений. Ядро Linux обеспечивает стабильную и безопасную основу, среда выполнения Dalvik/ART позволяет эффективно исполнять приложения, а фреймворк приложений предоставляет удобные инструменты для создания сложных и многофункциональных приложений.

Особенности работы с памятью и процессором

Работа с памятью и процессором в операционной системе Android имеет свои уникальные особенности, обусловленные требованиями мобильных устройств и необходимостью эффективного использования ресурсов. Рассмотрим эти особенности подробнее.

Управление памятью

На мобильных устройствах объем оперативной памяти обычно значительно меньше, чем на настольных компьютерах или серверах. Поэтому Android уделяет особое внимание управлению памятью, чтобы обеспечить плавную работу множества приложений одновременно.

Для оптимизации использования памяти Android применяет механизмы кэширования и свопинга. Когда приложение не используется, оно может быть помещено в кэш-память, откуда его можно быстро восстановить при необходимости. Если же памяти недостаточно, менее активные процессы могут быть выгружены из оперативной памяти (свопированы) на дисковое хранилище.

В Android используется сборщик мусора (GC), который автоматически освобождает неиспользуемую память. GC отслеживает объекты, которые больше не используются приложением, и удаляет их, освобождая место для новых объектов. Однако, чрезмерная активность GC может негативно сказаться на производительности, поэтому разработчики должны стараться минимизировать создание временных объектов.

Android поддерживает многозадачность, позволяя нескольким приложениям работать одновременно. Для этого используется механизм приоритетов процессов. Процессы, связанные с активными пользователями (например, запущенные приложения), имеют высокий приоритет, тогда как фоновые процессы имеют низкий приоритет и могут быть завершены, если требуется освободить память.

Управление процессором

Современные мобильные устройства часто оснащены многоядерными процессорами, что позволяет выполнять несколько задач параллельно. Android эффективно распределяет нагрузку между ядрами, обеспечивая максимальную производительность.

Планировщик задач в ядре Linux определяет, какой процесс будет выполняться следующим, основываясь на приоритетах и текущем состоянии системы. В Android этот механизм настроен так, чтобы обеспечивать оптимальное использование процессора и минимизацию энергопотребления.

Для экономии заряда батареи Android предлагает различные режимы энергосбережения. Например, в режиме "Doze" система ограничивает активность приложений и служб, когда устройство находится в спящем режиме, что помогает продлить время автономной работы.

Для повышения производительности графики и других вычислительных задач Android поддерживает аппаратное ускорение. Это означает, что часть вычислений передается специализированным чипам, таким как GPU или DSP, что разгружает основной процессор и ускоряет выполнение задач.

Эффективное управление памятью и процессором играет ключевую роль в обеспечении стабильности и производительности мобильных устройств на базе Android. Операционная система использует разнообразные механизмы для оптимизации использования ресурсов, включая сборку мусора, кэширование, свопинг, распределение нагрузки между ядрами процессора и аппаратное ускорение. Все это позволяет устройствам работать плавно даже при выполнении множества задач одновременно.