Android의 전체 아키텍처 개요

Android의 전체 아키텍처 개요

Android는 개방형 모바일 운영체제로, 다양한 하드웨어에서 동작할 수 있도록 여러 계층으로 구성되어 있습니다. 본 포스팅에서는 Android의 전체 아키텍처를 Linux Kernel, HAL(Hardware Abstraction Layer), Native Libraries, Framework, Application Layer로 나누어 설명합니다. 또한, 각 계층의 역할과 AOSP(Android Open Source Project) 코드 일부를 예시로 들어 설명하겠습니다.

1. Android 아키텍처 개요

Android 아키텍처는 크게 다음과 같은 계층으로 구성됩니다:

1. Linux Kernel: 하드웨어와 직접 상호작용하며 Android 시스템의 기반이 되는 계층
2. HAL (Hardware Abstraction Layer): 하드웨어 인터페이스를 정의하여 상위 계층에서 하드웨어를 제어할 수 있도록 하는 계층
3. Native Libraries & Runtime: C/C++ 기반의 라이브러리 및 Android 런타임 환경(ART)
4. Android Framework: 애플리케이션 개발을 위한 API 및 시스템 서비스 제공
5. Application Layer: 사용자 애플리케이션이 실행되는 계층

이제 각 계층에 대해 상세히 살펴보겠습니다.

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2. Linux Kernel

Android는 Linux Kernel을 기반으로 동작합니다. 이는 메모리 관리, 프로세스 스케줄링, 네트워크 스택, 보안 등을 담당합니다. 또한 Android는 표준 Linux Kernel에 추가적인 기능을 포함하여 사용합니다.

주요 기능

• Binder IPC (Inter-Process Communication): 프로세스 간 통신을 위한 Android 고유의 메커니즘
• Power Management (Wakelocks): 전력 관리를 위한 기능
• Security Modules (SELinux): 보안 강화를 위한 SELinux 지원
• Device Drivers: 하드웨어 제어를 위한 다양한 드라이버 제공

AOSP 코드 예시 (Binder IPC)

Android의 프로세스 간 통신(IPC)은 Binder를 통해 이루어집니다. Binder는 drivers/android/binder.c에 구현되어 있습니다.

static int binder_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    struct binder_proc *proc = filp->private_data;
    struct binder_thread *thread = NULL;
    int ret;
    mutex_lock(&proc->inner_lock);
    thread = binder_get_thread(proc);
    if (!thread) {
        mutex_unlock(&proc->inner_lock);
        return -ENOMEM;
    }
    ret = binder_ioctl_write_read(proc, thread, cmd, arg);
    mutex_unlock(&proc->inner_lock);
    return ret;
}

이 코드는 Binder 장치 드라이버에서 ioctl 호출을 처리하는 부분입니다.

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3. Hardware Abstraction Layer (HAL)

HAL은 상위 프레임워크와 하드웨어를 연결하는 역할을 합니다. 하드웨어 제조업체는 HAL 인터페이스를 구현하여 Android 시스템과 호환되도록 합니다.

주요 역할

• 하드웨어 종속적인 기능을 캡슐화하여 상위 계층과의 독립성 유지
• 표준 인터페이스 제공을 통해 다양한 하드웨어 지원
• .so 라이브러리 형태로 제공됨

AOSP 코드 예시 (Audio HAL)

Android의 Audio HAL 인터페이스는 hardware/libhardware/include/hardware/audio.h에 정의되어 있습니다.

struct audio_hw_device {
    struct hw_device_t common;
    int (*init_check)(const struct audio_hw_device *dev);
    int (*set_voice_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume);
    int (*set_master_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume);
    struct audio_stream_out *(*open_output_stream)(
        struct audio_hw_device *dev, audio_io_handle_t handle);
};

이 구조체는 오디오 장치를 제어하기 위한 HAL 인터페이스입니다.

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4. Native Libraries & Android Runtime (ART)

Android는 C/C++ 기반의 네이티브 라이브러리를 사용하여 성능을 향상시킵니다. 대표적인 라이브러리는 다음과 같습니다.

주요 라이브러리

• libc (Bionic): Android용 경량 C 라이브러리
• liblog: 시스템 로그 관련 라이브러리
• SQLite: 경량 데이터베이스 관리 시스템
• OpenGL ES: 2D/3D 그래픽 렌더링 지원
• Media Libraries: 오디오 및 비디오 코덱 지원

Android는 ART(Android Runtime)를 통해 애플리케이션을 실행합니다. 이는 JIT 및 AOT 컴파일을 지원하여 성능을 최적화합니다.

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5. Android Framework

Android Framework는 애플리케이션 개발을 위한 주요 API와 시스템 서비스를 제공합니다. 주요 컴포넌트는 다음과 같습니다.

주요 시스템 서비스

• Activity Manager: 애플리케이션 생명 주기 관리
• Window Manager: 화면 및 UI 렌더링 관리
• Package Manager: 애플리케이션 패키지 관리
• Content Provider: 애플리케이션 간 데이터 공유 지원
• Telephony Manager: 전화 및 네트워크 기능 관리

AOSP 코드 예시 (Activity Manager)

ActivityManagerService는 Android의 프로세스 및 앱 생명 주기를 관리합니다.

public class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stub {
    public void startActivity(Intent intent) {
        enforceCallingPermission("android.permission.START_ACTIVITY");
        ProcessRecord app = getProcessRecord();
        startActivityLocked(app, intent);
    }
}

이 코드는 startActivity 호출을 처리하는 부분입니다.

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6. Application Layer

Application Layer는 사용자가 직접 실행하는 애플리케이션이 포함된 계층입니다. 모든 앱은 Android Framework의 API를 사용하여 개발됩니다.

주요 특징

• Java/Kotlin을 사용하여 개발 가능
• AndroidManifest.xml을 통해 앱 권한 및 구성 정의
• Activity, Service, BroadcastReceiver, ContentProvider 컴포넌트를 사용하여 앱 구성

예제 코드 (MainActivity)

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
    }
}

이 코드는 기본적인 Android 애플리케이션의 MainActivity를 정의하는 코드입니다.

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결론

본 포스팅에서는 Android의 전체 아키텍처를 계층별로 살펴보았습니다. Android는 Linux Kernel을 기반으로 하드웨어와 상호작용하며, HAL을 통해 하드웨어 추상화를 수행합니다. Native Libraries 및 Android Runtime이 애플리케이션 실행 환경을 제공하며, Framework 계층에서 다양한 시스템 서비스를 관리합니다. 마지막으로, Application Layer에서 사용자가 실행하는 애플리케이션이 동작합니다.