معماری سیستم عامل اندروید: اجزا و عملکرد

معماری سیستم عامل اندروید بسیار پیچیده و چندلایه است و از ترکیب متدهای مختلف سخت افزاری و نرم‌افزاری تشکیل شده است. در ادامه به اجزا اصلی و عملکرد آن‌ها در معماری سیستم عامل اندروید اشاره می‌کنم:

1. لایه‌ی هسته (Kernel Layer):

Linux Kernel: اندروید از هسته لینوکس برای مدیریت منابع سخت افزاری مانند پردازنده، حافظه، و دستگاه‌های ورودی/خروجی استفاده می‌کند. این هسته وظیفه مدیریت منابع سخت‌افزاری، اجرای پردازش‌های هسته‌ای و ارتباط با سایر لایه‌های سیستم را داراست.

2. لایه‌ی سیستم (System Layer):

سرویس‌های سیستم (System Services): این سرویس‌ها وظیفه‌ی مدیریت منابع نرم‌افزاری و اجرای عملیات‌های مهم سیستمی مانند مدیریت باتری، ارتباطات شبکه، مدیریت مکان، و مدیریت دستگاه‌های ورودی/خروجی را بر عهده دارند.

3. لایه‌ی نرم‌افزاری (Application Framework Layer):

•  APIs: این لایه API‌هایی برای توسعه‌دهندگان ارائه می‌دهد که امکان دسترسی به امکانات سیستمی مانند دوربین، دستگاه‌های حسگر، پایگاه داده SQLite و … را فراهم می‌کند.
•  مدیریت منابع: این لایه مسئول مدیریت زنجیره ارتباطی (Lifecycle) برنامه‌ها و مدیریت منابع نرم‌افزاری از جمله حافظه و پردازش‌هاست.
•  پنل‌های نمایشی (User Interface): این لایه شامل پنل‌ها و کتابخانه‌های گرافیکی برای ایجاد واسط کاربری بصری است.

4. لایه‌ی برنامه‌ها (Applications Layer):

•  برنامه‌های کاربردی (Applications): این لایه شامل تمام برنامه‌هایی است که توسط کاربران یا توسعه‌دهندگان ساخته می‌شوند. این برنامه‌ها می‌توانند از API‌های لایه‌ی نرم‌افزاری استفاده کنند و وظایف مختلفی از جمله مرتبط با مالیات، ارتباط با شبکه، گرفتن عکس و غیره را انجام دهند.

عملکرد این اجزا در معماری سیستم عامل اندروید به این صورت است:

•  هسته لینوکس: مدیریت منابع سخت‌افزاری مانند پردازنده، حافظه، و دستگاه‌های ورودی/خروجی را انجام می‌دهد.
• سرویس‌های سیستم: این سرویس‌ها عملیات‌های مهم سیستمی را انجام می‌دهند، مانند مدیریت باتری، شبکه، و مکان یابی.
• API‌های لایه‌ی نرم‌افزاری: این API‌ها به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا به منابع و امکانات سیستمی دسترسی پیدا کنند و برنامه‌های کاربردی را ایجاد کنند.
• برنامه‌ها: برنامه‌های کاربردی توسط کاربران یا توسعه‌دهندگان ایجاد می‌شوند و با استفاده از API‌های لایه‌ی نرم‌افزاری و سرویس‌های سیستمی به امکانات سیستم دسترسی دارند و وظایف مختلفی را انجام می‌دهند.

این معماری اجازه می‌دهد تا برنامه‌های مختلف در اندروید با یکدیگر تعامل کنند و به منابع سخت‌افزاری و نرم‌افزاری دسترسی پیدا کنند تا تجربه کاربری گوشی‌ها و تبلت‌های اندروید را بهبود بخشند.

5. لایه‌ی درایورها و هسته لینوکس (Linux Kernel):

درایورها (Drivers): این لایه درایورها را برای تعامل با سخت‌افزارهای مختلف ارائه می‌دهد. درایورها وظیفه پشتیبانی از سخت‌افزارها مثل دوربین، وایفای، بلوتوث و سنسورها را دارند.

6. لایه‌ی رابط کاربری (User Interface Layer):

•  Activity Manager: مدیریت و مدیریت فرآیندهای برنامه‌ها و کارهای مختلف را انجام می‌دهد.
•  Window Manager: مدیریت پنجره‌ها و ترتیب نمایش آن‌ها را به عهده دارد.
•  View System: اجزای گرافیکی مانند دکمه‌ها، تصاویر و ویجت‌ها را ایجاد و مدیریت می‌کند.

7. لایه‌ی ارتباط با سخت‌افزار (Hardware Abstraction Layer – HAL):

HAL نرم‌افزاری (Software HAL): این لایه به برنامه‌های کاربردی امکان دسترسی به سخت‌افزارها را می‌دهد. بدین ترتیب، برنامه‌ها نیاز به دسترسی مستقیم به درایورهای سخت‌افزاری ندارند و از طریق این لایه با سخت‌افزارها ارتباط برقرار می‌کنند.

8. لایه‌ی سیستم فایل (File System Layer):

مدیریت فایل و دسترسی به داده‌ها: این لایه مسئول مدیریت فایل‌ها و داده‌های برنامه‌ها و سیستم است. همچنین امکان دسترسی به حافظه‌های داخلی و خارجی دستگاه را فراهم می‌کند.

9. لایه‌ی رابط‌های نرم‌افزاری مخصوص توسعه‌دهندگان (Developer APIs):

API‌های مختلف: این لایه امکانات مختلفی از جمله ارتباط با دیگر برنامه‌ها (استفاده از Intent)، دسترسی به داده‌های اشتراکی (Content Providers)، و ایجاد واسط‌های کاربری سفارشی را برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کند.

10. سیستم مدیریت برنامه‌ها (Application Management):

مدیریت فرآیندها: این سیستم مسئول مدیریت و کنترل فرآیندهای برنامه‌ها و تخصیص منابع مانند حافظه و پردازش‌ها به آن‌ها است.

این معماری چندلایه‌ای به توسعه‌دهندگان امکان ایجاد برنامه‌های متنوع و تعاملی با استفاده از منابع سیستمی و سخت‌افزاری را می‌دهد. اندروید با این ساختار معماری امکاناتی از جمله چندکاره بودن، تعامل بین برنامه‌ها، مدیریت منابع بهینه، و توسعه برنامه‌های کاربردی گوناگون را فراهم می‌کند.

11. سیستم مدیریت اطلاعات کاربر (User Data Management):

SQLite Database: این بخش امکانات دیتابیس رابطه‌ای SQLite را فراهم می‌کند که برنامه‌های کاربردی برای ذخیره و بازیابی داده‌ها از آن استفاده می‌کنند.

12. سیستم مکان‌یابی (Location System):

Location Manager: این بخش امکان مکان‌یابی دستگاه را ارائه می‌دهد و از GPS، Wi-Fi، و دیگر سنسورها برای تعیین مکان کاربر استفاده می‌کند.

13. سیستم مدیریت اتصالات (Connectivity Management):

Connectivity Manager: این بخش امکان مدیریت اتصالات شبکه مانند وای‌فای و تلفن همراه را دارد و به برنامه‌ها اجازه می‌دهد که به این اتصالات دسترسی پیدا کنند.

14. سیستم پیام‌رسانی (Messaging System):

Message Queue: این بخش ارتباطات بین برنامه‌ها و اجرای عملیات در زمینه‌هایی مانند ارسال پیام‌ها و انتقال داده‌ها را تسهیل می‌کند.

15. لایه‌ی امنیتی (Security Layer):

•  سیستم مجوزها (Permissions System): این لایه به برنامه‌ها مجوزهای مختلف را اختصاص می‌دهد تا از حریم خصوصی کاربر حفاظت کند و دسترسی غیرمجاز به منابع را از بین ببرد.
•  Cryptographic Libraries: این بخش امکانات رمزنگاری و امنیت داده‌ها را فراهم می‌کند.

16. سیستم مدیریت تغییرات (Version Control):

سیستم بروزرسانی (Update System): این لایه برای بروزرسانی نرم‌افزارها و سیستم‌عامل به کار می‌رود تا امکان به‌روزرسانی امن و بهینه را فراهم کند.

17. لایه‌ی تلفونی (Telephony Layer):

سیستم تلفن و پیامک: این بخش امکانات تماس‌های تلفنی و ارسال و دریافت پیامک‌ها را ارائه می‌دهد.

این معماری پیچیده و چندلایه سیستم عامل اندروید از این اجزا تشکیل شده است تا توانایی اجرای برنامه‌های کاربردی مختلف با تعامل گسترده با سخت‌افزارهای دستگاه‌های متنوع را فراهم کند. همچنین، این معماری به منظور افزایش امنیت و حفاظت از حریم خصوصی کاربران نیز طراحی شده است.