최종 수정일 : 2019-03-14

안드로이드 개요

안드로이드는 스마트폰, 태블릿 등과 같은 모바일 디바이스를 위한 오픈 소스 운영체제이다.
안드로이드는 프레임워크를 제공하여 모바일 디바이스용 애플리케이션 제작을 용이하게 해준다.
안드로이드는 리눅스 위에서 개발이 되었고, 리눅스를 부분적으로 수정하였다.
안드로이드를 여러 계층의 구조로 나누어 볼 수 있다.

안드로이드 구조

사진출처 : https://source.android.com/images/android_framework_details.png

안드로이드의 구조는 크게 애플리케이션(앱), 안드로이드 프레임워크, 네이티브 라이브러리, 안드로이드 런타임, 하드웨어 추상화 계층, 리눅스 커널로 구성된다.

시스템 애플리케이션

캘린더, 카메라, 브라우저 등과 같이 안드로이드는 주요 어플리케이션을 기본으로 제공한다.
어플리케이션은 안드로이드 프레임워크를 이용하여 개발한다.

프레임워크

안드로이드는 프레임워크를 제공하여 개발자가 Java를 이용하여 개발할 수 있도록 한다.
android.* 에 있는 package를 이용하여 개발자가 어플을 만들 수 있다.
프레임워크들도 Java 코드이므로 이를 실행하기 위해서는 가상 머신이 필요하다.

안드로이드 런타임(Android Runtime, ART)

안드로이드 5.0 이전 버전에서는 Dalvik VM(Virtual Mahcine)이 Android 런타임이다.
Dalvik VM은 조금 다른 형태의 bytecode를 이용하고 이를 DEX(Dalvik Executables)라 부른다.
안드로이드 5.0 이후부터, 안드로이드 런타임이 Dalvik VM을 대체하였다.
파일형식인 DEX는 안드로이드 런타임에 그대로 남아있다. AOT(ahead-of-time) 컴파일러가 기본이다.
안드로이드 7.0 N 이후부터 ART에 JIT 컴파일이 추가되었다.
ART의 주요 기능으로는 AOT(Ahead-Of-Time) 및 JIT(Just-In-Time) 컴파일, 최적화된 가비지 수집(GC) 등이 있다.

참고

JIT는 프로그램 최초 실행시마다 코드를 변환한다. AOT 컴파일러는 주로 설치시에 한번에 변화해 두고 저장한 뒤, 프로그램 실행시마다 변환된 코드를 읽어 들인다.

Native Libraries

ART, 안드로이드 시스템 등을 구성하기 위한 핵심 라이브러리들이다.
Bionic을 비롯한 몇 가지 중요한 라이브러리들을 포함한다.

HAL(Hardware Abstraction Layer)

HAL은 상위 수준의 Java API 프레임워크에 기기 하드웨어 기능을 노출하는 표준 인터페이스를 제공한다.
이를 통해 서로 다른 장치에서 호환성을 제공한다.

Linux Kernel

안드로이드 플랫폼의 기반은 Linux 커널이다. 예를 들어, ART는 스레딩 및 하위 수준의 메모리 관리와 같은 기본 기능에 Linux 커널을 사용한다.
안드로이드는 자체적인 특징을 커널에 도입했다.
shared memory, binder(안드로이드 IPC, inter process communication에서 중요한 부분) 등이 안드로이드의 특징이다.

안드로이드의 또 다른 구성요소

JNI

가상 머신 환경에서는 단점이 존재한다. 그래픽을 처리하는 경우, 디컴파일과 관련된 경우이다.
성능 최적화를 위해, reverse enginerring을 막기위해 JNI를 사용한다.
JNI를 통해 Java 코드가 C/C++로 작성된 라이브러리를 호출할 수 있다.
개발자는 NDK(Native Development Kit)를 이용하여 Native Libraries와 Binaries를 이용할 수 있다.

Native Binaries

안드로이드의 주요 시스템 구성요소들은 C/C++로 구현된다. 그리고 이들은 Native Binaries로 컴파일된다.
사용자 어플은 Dalvik Bytecode로 컴파일 되고, bytecode는 ART에서 실행되는데 이는 ELF binary이다. (Executable and Linkable Format, 실행파일이나 목적파일을 위한 표준 파일 형식)
개발자들은 바이너리를 인식할 필요가 없지만 안드로이드에서는 중요한 역할을 한다.
리눅스 관점에서 보면 모든 실행파일(excutable)은 ELF binary이다.

Bionic

안드로이드 운영체제를 위해 개발한 표준 C 라이브러리이다.
GNU C Library (GLibC)를 사용하는데 라이선스 문제가 해결되지 않아 자체 개발하였다.

HAL interface definition language (HIDL)

안드로이드 8.0 Oreo에서 추가되었다.
HAL과 HAL 사용자들 사이에서 인터페이스를 명시하여 제공한다.
HAL을 리빌딩(rebuilding) 할 필요 없이 안드로이드 프레임워크를 교체할 수 있다.