Tìm hiểu và phân tích kiến trúc, chức năng và hoạt động của hệ điều hành Android

Khi nhắc đến máy vi tính ta không thể không nhắc đến hệ điều hành. Hệ điều hành là một chương trình chạy trên hệ thống máy tính, quản lý các tài nguyên trên máy tính và là môi trường cho các chương trình ứng dụng chạy trên nó. Ngày nay, khái niệm hệ điều hành không chỉ là trên máy vi tính mà còn được mở rộng cho nhiều thiết bị điện tử khác ví dụ như: điện thoại thông minh ( smart phone), các thiết bị cầm tay PDA (có 2 dòng chính là Palm và Pocket PC),… Trong bài báo cáo này, nhóm em sẽ trình bày hệ điều hành Android. Tìm hiểu và phân tích kiến trúc, chức năng và hoạt động của hệ điều hành Android nhằm giúp mọi người có cái nhìn từ tổng quan đến chi tiết về hệ điều hành Android.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM



HỆ ĐIỀU HÀNH

kiến trúc, chức năng và hoạt

Lời mở đầu

Khi nhắc đến máy vi tính ta không thể không nhắc đến hệ điều hành Hệ điều hành là một chương trình chạy trên hệ thống máy tính, quản lý các tài nguyên trên máy tính và là môi trường cho các chương trình ứng dụng chạy trên nó

Ngày nay, khái niệm hệ điều hành không chỉ là trên máy vi tính mà còn được mở rộng cho nhiều thiết bị điện tử khác ví dụ như: điện thoại thông minh ( smart phone), các thiết bị cầm tay PDA (có 2 dòng chính là Palm và Pocket PC),…

Trong bài báo cáo này, nhóm em sẽ trình bày hệ điều hành Android Tìm hiểu và phân tích kiến trúc, chức năng và hoạt động của hệ điều hành Android nhằm giúp mọi người có cái nhìn từ tổng quan đến chi tiết về hệ điều hành Android

Mặc dù nhóm em đã cố gắng biên soạn, chọn lọc tài liệu, cách trình bày hợp lý nhất nhưng trong thời gian ngắn không tránh khỏi thiếu sót Mong thầy đọc và cho nhận xét về bài báo cáo của nhóm em

Cảm ơn thầy! Nhóm 11

2

MỤC LỤC

- -

CHƯƠNG 0: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 4 I Giới thiệu chung về hệ điều hành Android 4

1 Android là gì ? 4

2 Sự ra đời? 4

3 Lịch sử phát triển Android 5

4 Các phiên bản của Android: 5

5 Một số hãng sản xuất điện thoại có sử dụng hệ điều hành Android tiêu biểu: 6

CHƯƠNG I: KIẾN TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 8

I Kiến trúc tổng quát 8

1 Tầng hạt nhân Linux (Linux Kernel layer) 8

2 Tầng Library và Android Runtine 9

3 Tầng Application Framework 10

4 Tầng Application 11

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 13 I Chức năng 13

II Xây dựng chức năng 14

1 Tạo danh sách file trong một thư mục 14

2 Mở chương trình liên kết 15

3 Xem và sửa đổi thuộc tính của file 15

4 Xóa file 16

5 Sao chép file 17

6 Di chuyển và đổi tên file 17

7 Một số hình ảnh demo: 17

CHƯƠNG 3: HOẠT ĐỘNG CỦA ANDROID 23

I Cách cài đặt hệ điều hành Android 23

1 Cài Android cho điện thoại 23

2 Cài đặt cho PC (ví dụ cài Android 4.4 KitKat) 25

3

II Tính bảo mật và tính riêng tư 28

III Quản lý bộ nhớ 28

IV Ưu khuyết điểm của chương trình Android 29

1 Tối ưu: 29

2 Khuyết : 30

V Quản lý tiến trình trong hệ điều hành Android 31

1 Hệ thống phân cấp 31

2 Tính năng tự động quản lý tiến trình của Android 32

3 Ứng dụng Android có thể tự đáp ứng các sự kiện 33

4 Quản lý tiến trình “cơ bản” 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

4

CHƯƠNG 0: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID

I Giới thiệu chung về hệ điều hành Android

1 Android là gì?

Android là một “Hệ Điều Hành” được cài đặt trên một số phần cứng riêng biệt

mà ở đây chủ yếu là cài đặt trên các thiết bị smartphone (của SamSung, LG, HTC, Motorola …) Cũng giống như các hệ điều hành khác trên điện thoại (window phone

7, ios, blackberry …), Android là một hệ điều hành dành cho điện thoại được viết từ java, mã nguồn mở hoàn toàn giúp có các lập trình viên cài đặt các ứng dụng trên thiết bị do chính mình viết ra

2 Sự ra đời?

Ban đầu, Android được phát triển bởi tổng công ty Android, với sự hỗ trợ tài chính từ Google và sau này được chính Google mua lại vào năm 2005 Android ra mắt vào ngày 5 tháng 11 năm 2007 cùng với tuyên bố thành lập “Liên minh thiết

bị cầm tay mở”: một hiệp hội gồm các công ty phần cứng, phần mền, và viễn

thông với mục tiêu đẩy mạnh các tiêu chuẩn mở cho các thiết bị di động

Chiếc điên thoại đầu tiên chạy Android được bán vào tháng 10 năm 2008

5

3 Lịch sử phát triển Android

Tháng 7 năm 2005, Google mua lại Android, Inc., một công ty nhỏ mới thành lập có trụ sở ở Palo Alto, California, Mỹ Những nhà đồng sáng lập của Android chuyển sang làm việc tại Google gồm có Andy Rubin (đồng sáng lập công ty

Danger), Rich Miner (đồng sáng lập công ty Wildfire Communications), Nick Sears (từng là phó chủ tịch của T-Mobile), và Chris White (trưởng nhóm thiết kế

và phát triển giao diện tại WebTV) Khi đó, có rất ít thông tin về các công việc của Android, ngoại trừ việc họ đang phát triển phần mềm cho điện thoại di động Điều này tạo những tin đồn về việc Google có ý định bước vào thị trường điện thoại di động

Tại Google, nhóm do Rubin đứng đầu đã phát triển một nền tảng thiết bị di động dựa trên hạt nhân Linux, được họ tiếp thị đến các nhà sản xuất thiết bị cầm tay và các nhà mạng trên những tiền đề về việc cung cấp một hệ thống mềm dẻo,

có khả năng nâng cấp mở rộng cao.[cần dẫn nguồn] Một số nguồn tin cho biết trước đó Google đã lên danh sách các thành phần phần cứng và các đối tác phần mềm, đồng thời ra hiệu với các nhà mạng rằng họ sẵn sàng hợp tác ở nhiều cấp độ khác nhau Ngày càng nhiều suy đoán rằng Google sẽ tham gia thị trường điện thoại di động xuất hiện trong tháng 12 năm 2006 Tin tức của BBC và Nhật báo phố Wall chú thích rằng Google muốn đưa công nghệ tìm kiếm và các ứng dụng của họ vào điện thoại di động và họ đang nỗ lực làm việc để thực hiện điều này Các phương tiện truyền thông in và online cũng sớm có bài viết về những tin đồn cho rằng Google đang phát triển một thiết bị cầm tay mang thương hiệu Google

Và lại càng có nhiều suy đoán sau bài viết về việc Google đang định nghĩa các đặc

tả công nghệ và trình diễn các mẫu thử với các nhà sản xuất điện thoại di động và nhà mạng

Android liên tục được phát triển, mỗi bản cập nhật từ google là mỗi làn

Android được tối ưu hóa để hoạt động tốt hơn, nhanh và ổn định hơn, hỗ trợ thêm công nghệ mớ Chẳng hạn như theo một đánh giá thì Android phiên bản 2.2 hoạt động nhanh hơn bản 2.1 tới 450% Hiện nay, phiên bản mới nhất là 5.0 Phiên bản

5.0 của Android được ra mắt tại hội nghị dành cho các nhà lập trình Google I/O

2014 vừa mới đây, sau nhiều năm dưới tên các phiên bản 4.x

4 Các phiên bản của Android:

Hai phiên bản đầu tiên được gọi đơn giản là Android 1.0 và 1.1 Android 1.5 Cupcake

Android 1.6 Doughnut Android 2.0-2.1 Éclair

6

Android 2.2 Froyo Android 2.3 Gingerbread Android 3.0 Honeycomb Android 4.1-4.3 Jelly BeanAndroid 4.0 Ice Cream Sandwich Android 4.4 KitKat

Phiên bản mới nhất: ANDROID 5.0 L (Lollipop?)

5 Một số hãng sản xuất điện thoại có sử dụng hệ điều hành Android tiêu biểu:

o HTC với các dòng Desire HD, Evo 4G, DROID ERIS, Desire Z, Hero, Desire, Tatto Wildfire, Droid Incredible, Legend, Magic, Google Nexus One, Dream, Aria, Paradise

o LG với các dòng GT540 Optimus Chic E720, Optimus One P500, GW 620, Optimus Z, Optimus Q,KH5200 Andro-1, GW880, C710Aloha

o MOTOROLA với các dòng MILESTONE 2, BACKFLIP, Droid XTreme,

MT710 Zhiling, MILESTONE, XT720 MOTOROI, A1680, XT800 ZHISHANG, Defy, CHẢM, XT806…

7

o SUMSUNG với các dòng máy I9000 Galaxy S, Galaxy Tab, Epic $G, i5510,

I5500 Galaxy 5, I5700 Galaxy, Galaxy Q, I909 Galaxy S…

o SONY với các dòng XPERIA X10, XPERIA X10 mini, XPERIA X8

o ACER với các dòng máy beTouch T500, Liquid E, Stream, Liquid, betouch

E110, beTouch E130, beTouch E400, beTouch E120, Liquid Metal

o Ngoài ra còn rất nhiều hãng điện thoại vừa và nhỏ khác nữa cũng sử dụng hệ

điều hành Android trong sản phẩm của hãng mình…

Mô hình kiến trúc nền tảng của Android

1 Tầng hạt nhân Linux (Linux Kernel layer)

Hệ điều hành android được phát triển dựa trên hạt nhân linux, cụ thể là hạt nhân linux phiên bản 2.6, điều đó được thể hiện ở mức dưới cùng Tất cả mọi hoạt động của điện thoại muốn thi hành được thì đều được thực hiện ở mức cấp thấp ở lớp này bao gồm quản lý bộ nhớ (memory management), giao tiếp với phần cứng (driver model), thực hiện bảo mật (security), quản lý tiến trình

(process)

Tuy được phát triển dựa vào nhân linux nhưng thực ra nhân linux đã được nâng cấp và sửa đổi rất nhiều để phù hợp với tính chất của những thiết bị cầm

9

tay như hạn chế về bộ vi xử lý, dung lượng bộ nhớ, kích thước màn hình, nhu cầu kết nối mạng không dây…

Tầng này có các thành phần chủ yếu:

 Display Driver: Điều khiển việc hiển thị lên màn hình cũng như thu

nhận nhứng điều khiển của người dùng lên màn hình (di chuyển, cảm ứng…)

 Camera Driver: Điều khiển hoạt động của camera, nhận luồng dữ

liệu từ camera trả về

 Bluetooth Driver: Điều khiển thiết bị phát và thu sóng Bluetooth

 USB Driver: Quản lý hoạt động của các cổng giao tiếp USB

 Keypad Driver: Điều khiển bàm phím

 Wifi Driver: Chịu trách nhiệm về việc thu phát sóng wifi

 Audio Driver: Điều khiển các bộ thu phát âm thanh, giải mã các

tính hiệu dạng audio thành tín hiệu và ngược lại

 Binder IPC Driver: Chịu trách nhiệm về việc kết nối và liên lạc với

mạng vô tuyến như CDMA, GSM, 3G, 4G, E để đảm bảo những chức năng truyền thông được thực hiện

 M-System Driver: Quản lý việc đọc ghi… lên các thiết bị nhớ như

thẻ SD, flash

 Power Madagement: Giám sát việc tiêu thụ điện năng

2 Tầng Library và Android Runtine

Gồm 2 thành phần là phần Library và Android Runtine

a Phần Library

Phần này có nhiều thư viện được viết bằng C/C++ để các phần mền có thể

sử dụng, các thư viện đó được tập hợp thành một số nhóm như:

 Thư viện hệ thống (System C Library): thư viện dựa trên chuẩn C,

được sử dụng chỉ bởi hệ điều hành

 Thư viện Media (Media Library): có nhiều codec để hỗ trợ việc

phát và ghi các loại định dạng âm thanh, hình ảnh, video thông dụng

 Thư viện Web (LibWebCore): đây là thành phần để xem nội dung

trên web, được sử dụng để xây dựng phần mền duyệt web (Android Browse) cũng như để các ứng dụng khác có thể nhúng vào Nó cực kỳ mạnh, hỗ trợ được nhiều công nghệ mạnh mẽ như HTML5,

JavaScript, CSS, DOM, AJAX…

 Thư viện SQLite: hệ cơ sở dữ liệu để các ứng dụng có thể sử dụng

 …

10

b Phần Android Runtine

Phần này chứa các thư viện mà một chương trình viết bằng ngôn ngữ Java

có thể hoạt động Phần này có 2 bộ phận tương tự như mô hình chạy Java trên máy tính thường Thứ nhất là các thư viện lõi (Core Library), chứa các lớp như JAVA IO, Collection, File Access Thứ hai là mấy ảo java (Dalvik Virtual Machine)

Mặc dù cũng được viết từ ngôn ngữ java nhưng một ứng dụng Java của hệ điều hành Android không được chạy bằng JRE của Sun (nay là Oracle) (JVM) mà là chạy bằng máy ảo Dalvik do Google phát triển

Mô hình hợp tác giữa máy ảo Dalvik và Navite code

3 Tầng Application Framework

Tầng này xây dựng bộ công cụ - các phần tử ở mức cao để các lập trình viên có thiển nhanh chóng xây dựng ứng dụng Nó được viết bằng Java, có khả năng sử dụng chung để tiết kiệm tài nguyên

Đây là một nền mở, có ưu điểm:

 Với các hãng sản xuất điện thoại: có thể tùy biến để phù hợp với cấu

hình điện thoại mà họ sản xuất như để có nhiều mẫu mã, style hợp thị hiếu người dùng Vì thế nên tuy cùng chung nền tảng Android mà điện thoại của Google có thể khác hẳn với Motorola, HTC, T-Mobile,

Samsung…

 Với lập trình viên: cho phép lập trình viên có thể sử dụng các API ở

tầng trên mà không cần phải hiểu rõ cấu trúc bên dưới, tạo điều kiện cho lập trình viên tự do sáng tạo bời vì chỉ cần quan tâm đếm nội dung mà ứng dụng mà học làm việc Một tập hợp API rất hữu ích được xây dựng

11

sẵn như hệ thống định vị, các dịch vụ chạy nền, liên lạc giữa các ứng dụng, các thành phần giao diện cấp cao…

Giới thiệu một số thành phần của phần này:

o Activity Manager: quản lý các chu kỳ sống của một ứng dụng cũng

như cung cấp công cụ điều khiển các Activity

o Telephony Manager: cung cấp công cụ để thức hiện liên lạc như gọi

điện thoại

o XMPP Service: cung cấp công cụ để liên lạc trong thời gian thực

o Location Manager: cho phép xác định vị trí điện thoại dựa vào hệ

thống định vị toàn cầu GPS và Google Maps

o Window Manager: quản lý việc xây dựng và hiển thị các giao diện

người dùng cũng như tổ chức quản lý các giao diện giữa các ứng dụng

o Resource Manager: quản lý tài nguyên tĩnh của các ứng dụng bao

gồm các file hình ảnh, âm thanh, layout, string (Những thành phần không được viết bởi ngôn ngữ lập trình)

o Notication Manager: quản lý việc hiển thị các thông báo (như báo có

tin nhấn, có e-mail mới….)

o ……

4 Tầng Application

Đây là lớp ứng dụng giao tiếp với người dùng, bao gồm các ứng dụng như: Các ứng dụng cơ bản, được cài đặt đi liền với hệ điều hành là gọi điện (Phone), quản lý danh bạ (Contacts), duyệt web (Browser), nhắn tin (SMS), lịch làm việc (Calendar), đọc e-mail (Email-Client), bản đồ (Map), quay phim chụp ảnh (Camera) …

Các ứng dụng được cài thêm như các phần mền các trò chơi (Game), từ điển (Dictionary)…

Các chương trình có các đặc điểm:

 Viết bằng Java, phần mở rộng là apk

 Khi mỗi ứng dụng được chạy, nó có một phiên bản Virtual Machine được dựng lên để phục vụ cho nó Nó có thể là một Active Program: Chương trình có giao diện với người dùng hoặc là một background: chương trình chạy nền hay là dịch vụ

 Android là hệ điều hành đa nhiệm, điều đó có nghĩa là trong cùng một thời điểm, có thể có nhiều chương trình cùng chạy một lúc, tuy nhiên, với mỗi ứng dụng thì có duy nhất một thực thể (instance) được phép chạy

 Ứng dụng không có điểm vào cố định, không có phương thức main để bắt đầu

- Cài đặt một menu cho phép người dùng chọn các chức năng như sau:

 Properties: Xem và sửa chữa thuộc tính của file

 Delete: Xóa file

 Copy: Đặt file chuẩn bị sao chép

 Paste: Thực hiện lệnh sao chép hoặc di chuyển file đã đặt trước đó

 Rename: Đổi tên file

 Create new directory: Tạo thư mục mới (tại thư mục hiện hành)

 Refresh: Cập nhật lại danh sách file

 Go home: Trở về thư mục gốc

 Go up: Trở lên thư mục cha (có thể dùng phím back trên điện thoại để

thưc hiện nhanh lệnh này)

 Exit: Thoát chương trình

 About: Xem giới thiệu

14

II Xây dựng chức năng

1 Tạo danh sách file trong một thư mục

15

2 Mở chương trình liên kết

3 Xem và sửa đổi thuộc tính của file

a Xem thuộc tính file

16

b Đổi thuộc tính file

4 Xóa file

17

5 Sao chép file

6 Di chuyển và đổi tên file

Hai chức năng này java hỗ trợ khá tốt, không cần xây dựng lại, sử dụng phương thức rename từ File A sang File B Nếu A và B cùng chung thư mực thì là chức năng rename, nếu khác thì là phương thức di chuyển file

7 Một số hình ảnh demo:

Giao diện chính, xem danh sách file Hiển thị menu

18

Giao diện chính, xem danh sách file Hiển thị menu

Xem hình ảnh khi mở file có đuôi jpg, jpe, bmp

19

Chơi nhạc khi mở file mp3

Khung thuộc tính của file khi chọn 1 file và chọn menu Properties

20

Thay đổi quyền hạn của file khi bấm button, Change permission từ hộp thoại properties Thay đổi quyền hạn của file khi bấm button,

Change permission từ hộp thoại properties s

Đổi tên file khi chọn file và chọn chức năng rename từ menu

21

Chọn lệnh xóa file từ menu

Tạo thư mục mới

22

Hộp thoại copy file khi yêu cầu copy file

23

CHƯƠNG 3: HOẠT ĐỘNG CỦA ANDROID

I Cách cài đặt hệ điều hành Android

1 Cài Android cho điện thoại

Hầu hết các bản cập nhật cho Android đều có sẵn trên mạng, không cần phải chép vào máy vi tính, USB hoặc kết nối qua cáp để truyền qua,… Nhà phát hành đưa ra các phiên bản Android mới tùy thuộc vào nhu cầu của người dùng Thông thường sẽ có một bản thông báo ở trên hệ điều hành có sẵn và kèm theo cập nhật tự động trong Smartphone hoặc máy tính bảng, trong trường hợp không có thông báo, chúng ta có thể xem thông tin qua mạng và tải chúng về máy

Bước 1: Trước hết cần kiểm tra lại hệ điều hành ở máy bạn là phiên bản mới hay cũ, bạn vào Setting > About Phone sẽ biết được thông tin về phiên bản Android và

Baseband của Smartphone của bạn