Arquitectura del S.O Android.
Android es un sistema operativo creado para ser
independiente de cualquier tipo de arquitectura de hardware en los dispositivos
móviles. Esta característica hace que sea tan atractivo ante los fabricantes y
desarrolladores.
Adicionalmente su portabilidad, flexibilidad y seguridad les
da ese toque de simpatía a las personas interesadas en los sistemas de código
abierto.
La arquitectura de Android debe ser estudiada antes de
comenzar a programar.
Modelo de
capas en la arquitectura de Android.
Android está construido con una arquitectura de 4 capas o
niveles relacionados entre sí. A continuación veremos un diagrama ilustrativo
extraído del libro Learning Android escrito por Marko
Gargenta y Masumi Nakamura:
El diagrama indica que la estructura de Android se encuentra
construida sobre el Kernel de Linux. Luego hay una capa de Librerías relacionadas
con una estructura administradora en Tiempo de ejecución. En el
siguiente nivel encontramos un Framework de apoyo para
construcción de aplicaciones y posteriormente vemos a la capa de
Aplicaciones.
Kernel de
Linux.
Android está construido sobre el núcleo de Linux,
pero se ha modificado dramáticamente para adaptarse a dispositivos móviles.
Esta elección está basada en la excelente potabilidad, flexibilidad y seguridad
que Linux presenta. Recuerda que el Kernel de Linux está bajo la licencia GPL,
así que en consecuencia Android también.
Capa de
librerías o capa nativa.
En esta capa se encuentran partes como la HAL, librerías
nativas, demonios, las herramientas de consola y manejadores en tiempo de
ejecución. Veamos un poco el propósito de estos conceptos:
- Hardware
Abstraction Layer (HAL): Este componente es aquel que permite la
independencia del hardware. Quiere decir que Android está construido para
ejecutarse en cualquier dispositivo móvil sin importar su arquitectura
física. El HAL actúa como una arquitectura genérica que
representa a todos los posibles tipos de hardware existentes en el
mercado. Aunque por el momento no hay estándares de construcción en el
hardware de dispositivos móviles, el HAL permite que cada fabricante
ajuste sus preferencias para que Android sea funcional sobre su
tecnología.
- Librerías
nativas: Aquí encontramos interfaces de código abierto como OpenGL para
el renderizado de gráficos 3D, SQLite para la gestión de
bases de datos, WebKit para el renderizado de los
browsers, etc. También librerías para soportar los servicios del sistema
como Wifi, posicionamiento, telefonía, y muchos más.
- Demonios
(Daemons): Los demonios son códigos que se ejecutan para ayudar a un
servicio del sistema. Por ejemplo cuando se requiere instalar o actualizar
una aplicación, el demonio de instalación “installd” es ejecutado
para administrar todo el proceso. O cuando los desarrolladores vamos a
ejecutar en modo de depuración nuestro teléfono desde un PC, se
ejecuta un demonio llamado adbd(Android Debug Bridge Daemon)
para auxiliar a dicho proceso.
- Consola:
Al igual que otros sistemas operativos, Android permite que empleemos comandos
de línea para la ejecución de procesos del sistema o explorar el
sistema operativo.
- Manejadores
en tiempo de ejecución: Si bien las aplicaciones Android están
escritas en lenguaje Java y son traducidas a bytecodes,
estas no son interpretadas por la Máquina virtual de Java.
Android tiene su propia máquina virtual interpretadora de bytecodes
llamada Dalvik. Esta herramienta fue diseñada para ser
flexible ante el diseño de hardware de un dispositivo móvil. Además JVM no
es de licencia GPL, así que Google decidió generar su propia herramienta.
¿Cómo funciona
Dalvik?
Dalvik no cambia nada en el proceso de compilación,
sencillamente interviene al final como receptor de un archivo ejecutable
producto de una recopilación de los archivos .class de java.
Recuerda las fases de la construcción de una aplicación
Java. El primer paso es generar el código fuente (arhivos .java), luego
este es traducido por el Java Compiler (javac) y obtenemos un
fichero tipo byte code (archivos .class). Finalmente la máquina virtual
de Java (JVM) interpreta en tiempo real este archivo y la aplicación es
ejecutada.
La ejecución de Dalvik es ingeniosa,
simplemente espera que javac traduzca la aplicación a byte
codes, cuando están listos los archivos, estos son compilados por el compilador
Dex. Esta herramienta traduce los byte codes de java a un estilo de
byte codes nativos que serán convertidos a un ejecutable .dex.
Finalmente este archivo es ejecutado por una instancia de Dalvik VM.
A continuación se muestra un diagrama comparativo de ambos
procesos:
Aunque el proceso añade unos cuantos pasos más, no debes
preocuparte por ello, ya que esta tarea se le delega a la herramienta Gradle.
Google ha anunciado que Dalvik VM será
reemplazada por una nueva máquina virtual llamada ART (Android
Runtime) en su nueva versión Android L. Por el momento no nos
preocuparemos por esta situación, pero es un dato muy importante a tener en
cuenta.
Framework
Para Aplicaciones.
Esta es la capa que nos interesa a los desarrolladores, ya
que en ella encontramos todas las librerías Java que
necesitamos para programar nuestras aplicaciones. Los paquetes con más
preponderancia son los android.*, en ellos se alojan todas las
características necesarias para construir una aplicación Android.
No obstante es posible acceder a clases como java.utils.*, java.net.* ,
etc. Aunque hay librerías Java excluidas como la java.awt.* y java.swing.*.
En esta capa también encontraremos manejadores, servicios y
proveedores de contenido que soportaran la comunicación de nuestra aplicación
con el ecosistema de Android.
Capa De
Aplicaciones.
Es la última instancia de funcionamiento de Android. Se
centra en la ejecución, comunicación y estabilidad de las aplicaciones
preinstaladas por el fabricante o las que nosotros vamos a construir. A ella
acceden todos los usuarios Android debido a su alto nivel de compresión y simplicidad.
¿Qué tipo de
archivo tienen las aplicaciones para Android?
El resultado del proceso de construcción es un archivo comprimido con
formato .APK (Android Applicacion Package). Y dentro
encontraremos los siguientes componentes:
- Archivo
Android Manifest: Este archivo es la definición de todas las
características principales que tendrá nuestra aplicación al ejecutarse en
un dispositivo móvil. Con características me refiero a los bloques que
posee la aplicación, los permisos, su versión, las versiones previas
soportadas, las dimensiones de la pantalla, etc.
- Archivo
classes.dex: Este será el fichero compilado preparado para ejecutarse
en la Máquina Virtual Dalvik.
- La
carpeta Resources: Aquí encontramos todos los archivos externos que
usamos para construir nuestro proyecto, como por ejemplo nuestros iconos,
audio, archivos planos de texto, los archivos .xml de diseño, etc.
- Librerías
nativas: El archivo .APK también contiene aquellas
librerías de las cuales depende la aplicación.
- Carpeta
META-INF: En ella se guardan archivos que corresponden a las Firmas
Digitales de tu aplicación. Con esta especificación puedes
indicar que tú eres el creador y dueño de la aplicación, además debes
indicar tu ID de desarrollador para ser reconocido y autenticado en
procesos de comercialización (Google es muy riguroso en este tema).
El sistema
automatizado de construcción Gradle y Android Studio.
Gradle es una herramienta para automatizar el
compilado, empaquetado, testeo y liberación de aplicaciones que se basen en la
JVM. Como te dije antes, ha sido creado para expandir el uso de javac.
Cuando me refiero a “automatizar” significa que podemos programar nuestras
propias condiciones de construcción. Esto es posible a través de Scripting mediante DSL
(Domain-Specific-Language), un lenguaje claro y especializado, con
énfasis en configurar y construir aplicaciones con Gradle.
DSL permite generar una compilación basada en
tareas programadas y relacionadas entre sí, reduciendo la complejidad de
dependencias y automatizando labores frecuentes. Su sencillez permite dar
instrucciones de manera declarativa e intuitiva al programador.
¿Qué
ventajas tiene utilizar Gradle?
- Una
de las mayores ventajas es que le entrega el poder del
flujo de construcción al programador. Esto quiero decir que decidimos el
orden de ejecución de tareas. Asimismo podríamos elegir que archivos
compilar primero, cuando detener la compilación, establecer condiciones
para que se recompile o no el código y muchas situaciones más.
- Ejecuciones
incrementales: El poder de esta característica le ahorra al
programador gran cantidad de tiempo de espera. Al haber construcciones
incrementales podemos decidir hasta qué punto queremos que se compile
nuestra aplicación, es decir, si no es necesario compilar una parte del
código debido a la ausencia de errores, entonces se procede a compilar la
sección que aún no ha sido probada.
- Múltiples
versiones: Gradle permite que construyamos varias versiones de nuestra
aplicación. Por ejemplo, si deseas construir tu aplicación para Jelly
Beans y para Kitkat entonces solo debes
especificar que el proyecto tendrá dos variantes de empaquetado,
configurando la versión del SKDusada para cada versión.
- La
ejecución y las pruebas se pueden realizar en un mismo proyecto.
- Ejecución
en paralelo de tareas: Puedes ejecutar tareas en hilos diferentes
para optimizar el proceso de construcción.
