Android 구조 (Android Architecture)

핵심 개념

Open Handset Alliance(Google 주도)가 개발한 모바일 운영체제로, Linux 커널 위에 계층화된 소프트웨어 스택을 제공한다. 다양한 모바일 플랫폼에서 실행되며 오픈소스로 빠르게 인기를 얻었다.

Android 아키텍처

애플리케이션 사용자 앱 계층

Android 프레임워크 앱 개발을 위한 API

ART VM + JNI 런타임 환경

네이티브 라이브러리 SQLite, OpenGL, SSL 등

HAL Hardware Abstraction Layer

Bionic 표준 C 라이브러리

Linux 커널 수정된 Linux 커널

하드웨어 물리적 장치

ART (Android RunTime)

특성	설명
목적	제한된 메모리와 CPU를 가진 모바일 기기에 최적화된 가상 머신
컴파일 방식	AOT (Ahead-of-Time) 컴파일 - 설치 시 .dex 파일을 네이티브 기계어로 컴파일
장점	더 효율적인 앱 실행, 전력 소비 감소
vs JIT	많은 Java VM이 JIT(Just-in-Time) 사용, ART는 AOT 사용

앱 컴파일 과정

1 Java 소스

.java 파일 작성

2 .class

Java 바이트코드로 컴파일

3 .dex

Dalvik Executable 형식으로 변환

4 네이티브 코드

설치 시 AOT 컴파일

JNI (Java Native Interface)

• 가상 머신을 우회하여 특정 하드웨어 기능에 직접 접근 가능
• 단점: JNI로 작성된 프로그램은 일반적으로 다른 하드웨어 장치로 이식 불가

네이티브 라이브러리

라이브러리	용도
webkit	웹 브라우저 개발
SQLite	데이터베이스 지원
SSL	네트워크 보안 (Secure Socket Layer)
OpenGL	그래픽
media framework	멀티미디어

HAL (Hardware Abstraction Layer)

• 물리 하드웨어를 추상화
• 카메라, GPS 칩, 센서 등에 대해 일관된 뷰 제공
• 개발자가 다양한 하드웨어 플랫폼에서 이식 가능한 프로그램 작성 가능

Bionic

Google이 Android용으로 개발한 표준 C 라이브러리 (glibc 대신 사용):

• glibc보다 작은 메모리 풋프린트
• 느린 모바일 CPU에 최적화
• GPL 라이선스 우회 가능

Linux 커널 수정 사항

• 전력 관리 지원 강화
• 메모리 관리/할당 변경
• Binder: 새로운 형태의 IPC (프로세스 간 통신) 추가

트레이드오프

장점	단점
오픈소스로 빠른 확산	파편화 (다양한 버전/기기)
다양한 하드웨어 지원	보안 이슈
AOT 컴파일로 효율적 실행 및 전력 절약	설치 시 컴파일 시간 증가
HAL로 하드웨어 독립적 앱 개발 가능

관련 개념

• 하이브리드 시스템 (Hybrid Systems) - Android가 속하는 여러 구조를 결합한 운영체제 분류
• Darwin - macOS/iOS의 하이브리드 커널 환경으로, Android와 다른 접근 방식
• 모놀리식 구조 (Monolithic Structure) - Android의 기반인 Linux 커널이 채택한 구조
• 계층적 접근 (Layered Approach) - Android 아키텍처가 적용한 소프트웨어 스택 계층화 방식
• Linux 시스템 구조 - Android의 기반이 되는 Linux 커널의 전체 아키텍처

출처

• Operating System Concepts, 10th Edition, Chapter 2, p.89-91