Android OS 1~3일차 : 안드로이드 아키텍처 개요 알아보기

안드로이드 소프트웨어 스택

1️⃣Linux 커널

안드로이드 플랫폼의 기초는 리눅스 커널이다. Android 런타임인 ART는 스레딩 및 하위 수준의 메모리 관리와 같은 기본 기능에 리눅스 커널을 사용한다.

 

리눅스 커널을 사용하면 Android에서 주요 보안 기능을 활용할 수 있고 기기 제조업체에서 잘 알려진 커널용 하드웨어 드라이버를 개발할 수 있다.

 

- Drivers 
하드웨어와 운영체제 사이의 인터페이스 역할을 한다. 각종 하드웨어 장치(프린터, 모니터, 키보드 등)은 각자 고유한 동작 방식을 가지고 있기 때문에 이를 통일된 방식으로 운영체제가 다룰 수 있도록 중개해주는 역할을 한다.

 

드라이버는 장치의 상세한 동작 방식을 알고 있어서, 운영체제의 명령을 해당 장치가 이해할 수 있는 방식으로 변환하거나 장치로부터의 출력을 운영체제가 이해할 수 있는 형태로 변환하는 역할을 한다.

 

드라이버는 컴퓨터 하드웨어를 운영체제에서 인식하고 제어하는 소프트웨어를 말한다. 예를 들어 프린터기를 사용하려면 이 장치를 제어할 수 있는 드라이버를 설치해야한다. 이 드라이버를 통해 운영체제는 프린터기와 어떻게 대화하는지 알 수 있고 장치를 제대로 사용할 수 있다

 

- Power Management 

리눅스 커널의 파워 관리 기능은 시스템의 전력 소모를 최소화하는데 도움을 준다. 예를 들어 CPU 스케줄링, 메모리 관리, 장치 드라이버 등과 함께 작동해서 전력소모를 최적화해준다. 

 

2️⃣하드웨어 추상화계층(HAL)

하드웨어 추상화 계층은 하드웨어와 소프트웨어 사이의 추상화된 계층을 말한다. 이 추상화 계층을 통해서 개발자들은 각기 다른 하드웨어에 대해 다르게 코드를 작성할 필요 없이 일관된 방식으로 코드를 작성할 수 있다.

예를 들어 카메라나 블루투스 같은 하드웨어 기능을 사용하려면 그에 맞는 드라이버가 필요할 것이다. 이런 각각의 하드웨어 기능을 제어하는 코드는 모두 다르겠지만 HAL을 통해 우리는 그 차이를 신경쓸 필요가 없어진다.

왜냐하면 HAL이 이러한 각각의 하드웨어의 특성과 동작 방식을 추상화하여 표준 인터페이스로 제공하기 때문이다.

 

그래서 안드로이드의 자바 API 프레임워크는 이 HAL을 이용해서 하드웨어에 접근하고 제어한다. 예를 들어 카메라 앱을 만들 대 개발자는 카메라 하드웨어에 직접 접근하는 것이 아니라 HAL에서 제공하는 카메라 관련 인터페이스를 사용하여 카메라 기능을 구현하게 된다.

 

HAL은 상위 수준의 자바 API 프레임워크에 기기 하드웨어 기능을 노출하는 표준 인터페이스를 제공한다. HAL은 여러 라이브러리 모듈로 구성되며 각 모듈은 카메라 또는 블루투스 모듈과 같은 특정 유형의 하드웨어 구성요소를 위한 인터페이스를 구현한다. 프레임워크 API가 기기 하드웨어에 엑세스하기 위해 호출을 수행하면 Android 시스템이 해당 하드웨어 구성요소에 대한 라이브러리 모듈을 로드한다.

 

3️⃣Android 런타임

ART는 Android 버전 5.0(롤리팝)부터 도입된 새로운 앱 실행 환경이다. 이전에는 Dalvik이라는 런타임을 사용했는데, ART 는 이를 대체하기 위해 개발되었다. 

Dalvik은 Just-In-Time(JIT) 컴파일 방식을 이용하여 앱을 실행할 때마다 코드를 해석하고 기계어로 변환했다. 하지만 이 방식은 CPU의 처리 시간을 많이 차지하기 때문에 배터리 수명에 영향을 미치고 앱의 실행 속도도 느려질 수 있었다.

 

그렇게 나온 것이 ART!
ART는 Ahead-Of-Time(AOT) 컴파일 방식을 사용한다. 이 방식은 앱을 설치하는 단계에서 이미 코드를 기계어로 변환하기 때문에 앱을 실행할 때는 별도의 해석 과정없이 바로 실행할 수 있다. 그래서 ART는 Dalvik에 비해 앱의 실행 속도를 빠르게 하고 배터리 수명을 늘리는 효과가 있다.

 

또한 ART는 가비지 컬렉션(GC) 최적화를 제공한다. GC는 메모리 관리를 위한 중요한 기능인데 ART는 이를 더 효율적으로 처리해서 앱의 성능을 높이는데 도움을 준다.

 

안드로이드 9부터는 DEX 파일을 더 간결한 형태의 기계어 코드로 변환하고 있다. 그래서 앱의 크기를 줄이고 실행 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.

 

전용 샘플링 프로파일러, 상세 진단 예외 및 오류 보고, watchpoint를 설정하여 특정 필드를 모니터링할 수 있는 기능을 비롯한 향상된 디버깅 기능 지원 

 

4️⃣네이티브 C/C++ 라이브러리

네이티브 C/C++ 라이브러리는 안드로이드 플랫폼의 핵심 구성요소 중 일부를 구성하는데 사용되는 코드 라이브러리를 말한다. 이 라이브러리들은 시스템의 최적화, 하드웨어 제어, 그래픽 처리 등 복잡하고 세밀한 작업을 수행하는데 주로 사용된다.

이러한 라이브러리는 C나 C++ 같은 네이티브언어로 작성되었기 때문에 네이티브 라이브러리라고 불린다.

여기에는 Open GL ES와 같은 그래픽 처리 라이브러리나 SQLite 같은 데이터베이스 라이브러리, SSL와 같은 보안라이브러리 등 다양한 종류의 라이브러리가 포함되어있다.

 

이러한 라이브러리들은 직접 사용하기에 복잡하고 어려울 수 있다. 따라서 안드로이드는 Java 프레임워크 API를 제공해서 이 라이브러리들의 기능을 좀 더 쉽게 사용할 수 있도록 해준다. 예를 들어 Open GL ES를 사용해서 그래픽을 처리하려면 복잡한 C 코드를 작성해야하지만 Java OpenGL API를 사용하면 훨씬 간단하게 그래픽을 처리할 수 있다.

 

때때로 Java API로는 충분하지 않을 때가 있다. 이럴 때에는 Android NDK(Native Development Kit)를 사용해서 직접 네이티브 코드를 작성하고 네이티브 라이브러리에 액세스할 수 있다. 

 

ART 및 HAL과 같은 핵심 Android 시스템 구성 요소 및 서비스는 C/C++로 작성된 네이티브 라이브러리가 필요한 네이티브 코드에서 빌드된다. Android 플랫폼은 Java 프레임 API를 제공하여 이러한 일부 네이티브 라이브러리의 기능을 앱에노출한다. 

C 또는 C++ 코드가 필요한 앱을 개발하는 경우에는 Android NDK를 사용해서 네이티브 코드에서 직접 이러한 몇몇 네이티브 플랫폼 라이브러리에 액세스할 수 있다.

 

5️⃣Java API 프레임워크 

Java API 프레임워크는 안드로이드 앱 개발자들이 안드로이드 OS의 기능을 사용할 수 있도록 해주는 일련의 도구와 라이브러리의 집합이다.

이러한 API는 안드로이드 시스템의 핵심 기능을 노출시켜주고, 개발자들에게 다양한 기능을 쉽게 구현할 수 있는 방법을 제공한다.

 - 확장 가능한 뷰 시스템
뷰 시스템은 앱의 사용자 인터페이스(UI)를 구축하는 데 사용되는 구성요소이다. 

- 리소스 관리자

코드 외부에 위치한 리소스를 관리하고 접근하는 도구이다. 앱의 문자열, 그래픽, 레이아웃 파일 등과 같은 자원들은 모두 리소스 관리자를  통해 괸리된다. 이는 여러 언어로 앱을 지역화하는 작업을 간단하게 만들어주기도 한다.

 

현지화된 문자열, 그래피 및 레이아웃 파일과 같은 코드가 아닌 리소스에 대한 액세스 제공한다.

 

- 알림 관리자

상태바에 알림을 표시하거나 사용자에게 알림을 전송하는 방법을 제공한다. 이를 통해 앱이 백그라운드에서 실행되는동안에도 중요한 정보를 사용자에게 전달할 수 있다.

 

모든 앱이 상태 표시줄에 맞춤 알림을 표시할 수 있도록 지원한다.

 

- 활동 관리자

활동 관리자는 앱의 생명 주기를 관리하고 액티비티 간 네비게이션을 제어하는 역할을 한다. 이를 통해 사용자가 앱 내에서 실행되는 여러 작업 사이를 원활하게 전환할 수 있게 된다.

공통 탐색 백스택을 제공한다.

 

- 콘텐츠 제공자

콘텐츠 제공자는 앱 간의 데이터 공유를 가능하게 한다. 예를 들어 한 앱이 다른 앱의 데이터에 접근하거나 자신의 데이터를 다른 앱과 공유하게 된다.

6️⃣시스템 앱

시스템 앱은 기본적으로 Android OS와 함께 제공되는 앱들을 의미한다. 통화, 메시징, 카메라, 설정, 갤러리 등과 같이 스마트폰의 기본적인 기능을 담당하고 있다.

 

이런 시스템 앱들은 사용자가 직접 설치하거나 삭제할 수 없는데 이는 시스템 앱들이 Android OS의 중요한 부분을 구성하고 있기 때문이다. 

 

그러나 이런 시스템앱의 일부 기능은 타사 앱으로 대체할 수 있다. 예를 들어 사용자가 다른 웹 브라우저나 sns 메신저를 선호한다면 그것들을 기본 앱으로 설정할 수 있다.

 

또한 개발자들은 시스템 앱에서 제공하는 기능을 자신들의 앱에서 활용할 수 있다. 예를 들어 특정 연락처에 SMS 메시지를 보내는 기능을 구현하려면 개발자가 직접 SMS 전송 기술을 만드는 대신 이미 설치된 SMS 시스템 앱을 이용할 수 있다.

 

 

자료

 

https://developer.android.com/guide/platform?hl=ko

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