android - I blog di Unica

SISTEMIOPERATIVI
ANDROID
Argomenti
GiorgioGiacinto2015
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IntroduzionealsistemaAndroid
Generalitàsull’architetturadelsistema
ArchitetturaalivelloKernel
Architetturaalivelloapplicazione
Gestionedeipermessi
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SistemiOperativiMobile
GiorgioGiacinto2015
quotedimercatoinbaseall’uso
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http://www.netmarketshare.com
SistemiOperativiMobile
GiorgioGiacinto2015
quotedimercatoinbaseallevendite
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IlsuccessodiAndroid
» Piattaformaaperta
˃ facilitàdisviluppoediffusione
˃ Diversidispositivihardware,conampiagammadi
modellieprezzi
» Applicazionivenduteinpiùsiti
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˃ GooglePlay- ufficiale
˃ Amazon,GetJar,SlideME- nonufficiali
» Costidisviluppocontenuti
» Librerieestrumenticonsolidatiperlosviluppo
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StoriadiAndroid
» SviluppatoinizialmentedaAndroid Inc.
» Acquisitanel2005daGoogle
» Ufficialmentenatonel2007epossedutodalla
OpenHandset Alliance
» CompletamenteOpenSource
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˃ disponibileilcodicesorgente
» Interamentepensatoperdispositivimobili
˃ ottimizzazionebatteria,ecc.
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VersioniAndroid
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https://developer.android.com/about/dashboards/
Strutturadelsistema
» 4StratiFondamentali
˃ Funzionideltelefono(Rubrica,messaggi,etc.)
˃ ApplicationFramework(gestionedelleattività,
risorse,contentproviders,etc.)
˃ Librerienativeeambienteruntime(Dalvik)
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˃ KerneldiLinux(funzionifondamentalidelsistema)
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ArchitetturasoftwarediAndroid
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Frameworkperleapplicazioni
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» Costituitodablocchidifunzionalitàadalto
livelloaccessibilidalprogrammatoreviaAPI
standardizzate
» Componentiprincipali
Activity
Manager
Window
Manager
Gesticeilciclodivitadelle
applicazioni
AstrazioneJavadelSurface
Managerchesitrovanello
stratoinferiore
Responsabileperl’avvio,la
terminazioneeilrecupero
diunaapplicazione
Consenteallaapplicazione
didichiararel’areautente
sulloschermoel’utilizzodi
funzionalitàcomelabarradi
stato
Package
Manager
Telephony
Manager
Installaerimuovele
applicazioni
Telefono,SMS,MMS
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Frameworkdelle
applicazioni
» ContentProviders
˃ funzionicheincapsulanoidatidelleapplicazioniperpoterli
condividereconaltreapplicazioni(ades.,iContatti)
» ResourceManager
˃ Gestiscelerisorsedelleapplicazioni
» View System
˃ Primitiveperl’interfacciautente(UI)eperglieventicorrelati
» LocationManager
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˃ GestionedellalocalizzazioneviaGPS,IDdellacellatelefonica,o
databasedelleposizioniWi-Fi
» NotificationManager
˃ Gestisceglieventi:messaggiinarrivo,appuntamenti,ecc.
» XMPP
˃ funzionidimessaggisticafraapplicazioni
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Librerie disistema “native”
» FunzionidisistemascritteinCorC++eutilizzateda
diversicomponentidiAndroid
» Chiamatedalleapplicazioniattraversouna
interfacciaJava
˃ disponibileallosviluppatoreattraversoilframework
˃ IlprogrammatoreAndroid disolitononusadirettamente
questelibrerie
https://developer.android.com/tools/sdk/ndk/
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» Alcunelibreriedisistema
+
+
+
+
+
+
Surface Manager
OpenGL
MediaFramework
SQLDatabase
BrowserEngine
Bionic LibC
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ART
Android Runtime
» Ogniapplicazionevieneeseguitainun
ambienteisolato(sandbox)
Android RunTime
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˃ Ogniapp accedesoloalsuoinsiemedirisorse
˃ Seunaapp vienecompromessa,lealtreapp nonne
vengonoinfluenzate
» L’ambientediesecuzionefinoallaversione4.4
avevailnomeDalvik
» OgnioperazioneinARTvieneeseguita
richiamandolacorrispondentelibreriaC/C++
usandol’interfacciaJNI(JavaNativeInterface)
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Ambientediesecuzione
JVM- Dalvik
» LeapplicazioniAndroid sonoscritteinJava
...malaJavaVirtualMachine(JVM)èpoco
efficiente
˃ nonèottimizzataperessereeseguitadadispositivi
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+ conmemorialimitata
+ alimentatidaunabatteria
» Dalvik èuna(application)virtual machinesimile
aJVMmaottimizzataperdispositivimobile
» IlcodiceDalvik èottenutoattraversola
conversionedalbytecode Javadopola
compilazione
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JVM- Dalvik
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JVM- Dalvik
» LaJavaVirtualMachineèunamacchinaastack
˃ Ades.,primadiunaoperazionematematicagli
argomentidevonoesseredepositatinellostack
˃ consumapiùistruzioni
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» LaDalvik VirtualMachineèunamacchinaa
registri
˃ Ad es., risultati parziali e complessivi memorizzati in
registri
virtuali
(iniziano
tutti
per
V).
non coincidono con i registri della CPU
˃ Consumamenoistruzioni
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Esempio
GiorgioGiacinto2015
esecuzioneJVM– esecuzioneDalvik
JavaVM
Dalvik VM
Iparametri sono
sempre contenuti
negli ultimi registri
inquesto caso V1
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Architetturadisistema
Applications and Framework
Binder IPC
Android System Services
Media Server
AudioFlinger
Camera
Service
System Server
MediaPlayer
Service
Other Media
Services
Power
Manager
Service
Activity
Manager
Window
Manager
Other Services
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Android Runtime/Dalvik
Hardware Abstraction Layer (HAL)
Camera HAL
Audio HAL
Graphics HAL
Other HALs
Linux Kernel
Camera Driver
Audio Driver
(ALSA, OSS, etc)
Display Drivers
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Other Drivers
IlkernelLinux
» Gestionedeiprocessi
» Driverperl’accessoarisorsefisiche
˃ L’usodeidriverèabilitatodachiamatedisistema
» Supportacomunicazionefraprocessi(IPC)
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˃ DriverBinder(Intents)
˃ Sockets
» Dallaversione4.3SELinux
˃ SecurityEnhanced Linux
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IPCinAndroid
» OltrealleIPCLinux
˃ Segnali,Semafori,Pipe,ecc.
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Android prevedealtristrumentidiIPC
˃ Binder
alivellodikernel
˃ Intents
ades.,l’intenzionediusareunbrowseresterno
˃ InterazioneconiContentProviders perla
condivisionedeidati
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GiorgioGiacinto2015
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Applicazioni
» Duetipologie
˃ Native
+ partidiAndroidstessooinstallatedaivendors
Possonoaverecertificatidisicurezza
˃ Installatedall’utente
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» ServiziCloud-Based
˃ GooglePlay
˃ AndroidUpdates
˃ ApplicationServices
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Componentidiunaapplicazione
» Ogniapplicazioneèformatadaunoopiùelementi
appartenentiallequattrotipologiedicomponenti.
˃
˃
˃
˃
Attività
Servizi
Contentproviders
Broadcastreceivers
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» Applicationcontext
˃
˃
˃
˃
˃
ambientedell’applicazione
eseguitainunprocessoLinux
conilproprioLinuxuser ID
lapropriaDVM
ilpropriofilesystem
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Attività
» Singolaschermatadell’applicazione
» Unaattivitàperschermata
˃ quandol’utentecambiaschermata,cambia anche
attività
» Unaapplicazionehaattivitàmultiple
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˃ cioèschermatemultiple
» Diverseattivitàpossonoessereinesecuzione
» Androidottimizzalagestionedelleattivitàconil
ciclodelleattività
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Diagramma
ditransizione
deglistati
Activity
launched
onCreate()
Entire
Lifetime
onStart()
User navigates
to the activity
onRestart()
Visible
Lifetime
onResume()
App process
killed
Apps with higher
priority need memory
Foreground
Lifetime
User returns
to the activity
Resumed
onPause()
Paused
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User navigates
to the activity
onStop()
Stopped
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onDestroy()
Activity
shut down
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Statidelciclodiattività
» ActivityLaunched:l’attivitànonèancorainmemoria.
Vengonoeseguitiunaseriedimetodiperportarlaallostatodi
running(altoconsumodienergia)
» Resumed:attivitàinquelmomentoeseguitadall’utente(dove
puòinteragire).Assumeprioritàrispettoatuttelealtre
» Paused:statointermediorispettoallostop.
Disolitosihaquandounaattivitàèsulloschermomanonin
“focus”(cioèl’utentenoninteragisce).
» Stopped:l’attivitànonèvisibile,maèancorainmemoria.
Questocapitaperchéspessosipassadaunaattivitàadun’altra
usatapocoprecedentemente.
» Destroyed:l’attivitàvienerimossadallamemoria
» Killed:incasodinecessitàdimemoria,ilsistemapuòterminare
unadelleattività dell’applicazione
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Processi eThread
» Aciascunaapplicazionesono
associati
˃ unprocesso
˃ unthread
» Ilprogrammatorepuòprevederela
creazionedipiùprocessiothread
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˃ CPUmulticore
˃ eseguitinellaVM
» Incasodinecessitàdimemoria,il
sistemapuòterminare(kill)unoo
piùprocessi.
˃ Selezioneinbaseallagerarchiadi
precedenzafraprocessi
Foregroundprocess
Visibleprocess
Serviceprocess
Backgroundprocess
Emptyprocess
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Multithreading
» Adogniapplicazioneèassociatounthread
principalechiamatoUIthread (UserInterface)
» Incasodioperazionilentechepotrebbero
bloccareUIsipuòcreareunaltrothread
GiorgioGiacinto2015
˃ worker thread chevieneeseguitoinbackground
+ ades.incasodiconnessionediretelental’UIthread
potrebbebloccarsiconmessaggio“l’applicazionenon
risponde”
˃ unworker thread nonpuòaccederedirettamente
allaUImapuòsolocomunicareconilUIthread
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Avviodelsistema
» All’avviodeldispositivovieneavviatoilprocesso
Zygote
˃ vengonocaricacomponenticomunidelframework,
risorsecomeitemi,ecc.
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» Ilprocessoassociatoadogniapp viene
generatodaZygote attraversofork
˃ inquestomodosievitadiavereinRAMcopiadei
componenticomunialleapp
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Servizi
» Richiestidaunaapplicazioneoavviatidalsistema
» Esecuzionedioperazioniinbackground
˃ richiedonotempoperillorocompletamento
» Consentonodiaumentareiltempodirisposta
dell’interfacciautente
˃ UIthread- threadprincipale
GiorgioGiacinto2015
» Esempi
˃ creazionediunthreadperlariproduzionediunbrano
musicaledisottofondo
˃ creazionediunthreadpergestiretrasferimentodatidalla
rete
» Ciclodivitachesirichiamaaquellodelleattività
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GiorgioGiacinto2015
Ciclodeiservizi
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BroadcastReceivers
GiorgioGiacinto2015
» Sfruttanoilmeccanismopublish/subscribe
» Ilreceiver èunmeccanismocheresta
“dormiente”esiattivasoloquandoaccadeun
certoeventodelsistemaaquestoè
“sottoscritto”
» Esempi
˃ Arrivodiunsms
˃ Telefonate
˃ Batteriascarica
» Nonsonoeseguiti“attivamente”inmemoria
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ContentProviders
» Interfacceperlacondivisionedidatifralevarie
applicazioni
» L’esecuzioneinsandbox,infatti,fasìcheogni
applicazionelavorisolosuunaspecificaparte
dellerisorse
» LeloroAPIaderisconoalmodelloCRUD(Create
ReadUpdateDelete)
» UsatodatantissimeapplicazioniAndroid
Ades.Contatti
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ContentProviders
SQLite database
GiorgioGiacinto2015
Sicreanoegestisconoi
contenutiattraversouna
libreriadialtolivello
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GiorgioGiacinto2015
EsempiodiContentProvider
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Intents
» “Messaggi”chegestisconolacomunicazionefra
˃ iblocchidell’applicazionestessa
˃ blocchidiapplicazionidiverse
GiorgioGiacinto2015
» Possonoessereespliciti oimpliciti
˃ esplicitiquandovieneCHIARAMENTEspecificatoil
destinatario(ades.,l’applicazioneda“contattare”)
˃ implicitiquandononvienespecificatoildestinatario
masolol’azione(ades.voglioaprireunapagina
web:chisi“candida”?)
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GiorgioGiacinto2015
EsempiodiIntent
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Formatomemorizzazione
applicazioniAPK
» Formatocompresso(comelozip)checontiene
tuttiidatinecessariadeseguirel’applicazione
» Contienetreelementiprincipali:
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˃ Fileeseguibile(classes.dex)
˃ Filedirisorse(tipicamenteXML)
˃ Manifest.xml
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Eseguibile
» Sempredenominatoclasses.dex
» E’ilfilechecontienetutteleclassiusatedal
programma
» Contieneanchelamaggiorpartedellestringhe
GiorgioGiacinto2015
˃ nonnecessariamentetutte:alcunepossonoesserenei
filedirisorse
» Formatodaunaseriedisezioniinterconnesse
» E’unfilemolto“delicato”:unasingolamodificadi
unbytepuòinteramentecompromettere
l’applicazione
˃ Meccanismodicontrollodell’integritàdell’applicazionea
runtime chiamato“verificatore”
˃ Qualsiasiviolazionediintegritàbloccal’esecuzione
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classes.dex
» Sezionedellestringhe
» Sezionedeitipi
˃ formatadastringhecherappresentanoitipi
» Sezionedeiprototipi
˃ definiscetipodiritorno,parametrienomedeimetodi
» Sezionedeimetodi
GiorgioGiacinto2015
˃ definisceleinformazionidelmetodo,comeadesempioil
suobytecode
» Sezionedelleclassi
˃ definisceleinformazionisullaclasse,comeillorotipo
» Sezionedelleannotazioni edeldebug
˃ informazioniaggiuntivesuclassiemetodi
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GiorgioGiacinto2015
Risorse
» FileXML
» Definisconoprincipalmenteproprietàgrafiche
dellaapplicazione,comeadesempioillayout
delleattività
» Mapossonoancheconteneredellestringhe
usatedall’applicazione
» Avolteèpiùfacileprogrammareuna
applicazionevalorizzandoalmassimoifilesdi
risorse
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manifest.xml
GiorgioGiacinto2015
» Definiscetuttiicomponentidell’applicazione
Android
˃ entrypoints(ipuntidi“avvio”dell’applicazione)in
unaapplicazioneAndroidnonesisteilmain
˃ Definiscelalistadelleattività
˃ Definiscelapresenza/assenzadicontentproviders
˃ Definisceifiledirisorseutilizzati
˃ DefinisceiltipodiSDK (ovvero,laversionedi
Android)sucuil’applicazionevieneeseguita
˃ altreinformazioni
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Permessi
» Sistemadipermessiperusarelerisorsedel
sistema
GiorgioGiacinto2015
˃ evoluzionepermessiadogninuovoAPILevel
» Ilmodellodipermessigarantiscelasicurezzaa
livellodell’applicazione
» Ipermessivengonoapprovati/nonapprovatial
momentodell’installazionedell’applicazione
» Lerichiestevengonodefinitedallosviluppatore
nelmanifest.xml
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PermessiinAndroid
» Quattrodiversecategorie
˃ Normal:permessichenoncostituisconounpericoloperla
sicurezza
˃ Dangerous:permessicheaccedonoadatisensibilidell’utente
GiorgioGiacinto2015
+ diquestipermessivienechiestaconfermaall’utentealmomento
dell’installazione
˃ Signature:permessichepossonoessereottenutisolose
l’applicazionehalostessocertificatodelproduttoredel
dispositivo
˃ SignatureOrSystem:permessiusatisolonelleapplicazioni
presentinell’immaginedelsistemaAndroid
+ usatiades.daapplicazioniprodottedadiversiproduttoriche
hannobisognodicondividerelestesserisorse
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