Opensource Android

オープンソースなAndroid オプンソスなA d id ～ソースが公開されたAndroidをどのように活用するか～京都マイクロコンピュータ小林哲之 1

はじめに年 • 2008年10月22日についにAndroidのソースコードが公開されました。 • Androidに関してはさまざまなトピックがありますが、今日はソースコードを主題とします。すが今日はソスコドを主題とします • 内容は発表者個人の主観に基づいています。 • 正確性については「無保障」です。 ☺ 2

Who am I? Who am I? • 組み込み筋十年組み込み一筋N十年。 – リアルタイムOS iTRON – 組み込み向けJava実行環境 – 組み込み向けLinux 組込向け – gcc クロスコンパイルツール • ブログ「組み込みの人」「組み込みの人。」 – http://d.hatena.ne.jp/embedded/ • 京都マイクロンピ京都マイクロコンピュータ 2008年3月入社タ年月入社 – http://www.kmckk.co.jp/ 3

本日お話すること Androidの概要について • ソースの概要について • ソソースから読み取れること読取れる • ソースの活用方法 • まとめ • 4

Androidの概要にいて • Androidの概要について 5

Androidとは社が主導た携帯電話 • Google社が主導で開発した携帯電話用ソフトウェアプラットフォーム。 • 2008年11月にHTC社からAndroid搭載の携帯電話 “G1” が発売されました。 G1 が発売されました 6

出典： http://ja.wikipedia.org/wiki/Android_(%E3%83%97%E3%83%A9%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%95%E3%82%A9%E3%83%BC%E3%83%A0) 7

Androidプラットフォームの構造ブラウザラウザ GoogleMAP 各種アプリケーションメール・・・ Java仮想マシン（Dalvik VM） libc Webkit 各種ミドルウェア SQLite OpenGL EL ・・・ Linux Kernel 携帯電話H/W

Androidプラットフォームの構造ブラウザ各種アプリケーション GoogleMAP Java メール Code ・・・ Java仮想マシン（Dalvik VM） libc Webkit 各種ミドルウェア SQLite ARM OpenGL EL Code ・・・ Linux Kernel 携帯電話ハードウェア

Androidプラットフォムの構造 Androidプラットフォームの構造シミュレータの場合ブラウザ各種アプリケーション GoogleMAP Java メール Code ・・・ Java仮想マシン（Dalvik VM） libc Webkit 各種ミドルウェア SQLite ARM OpenGL EL Code ・・・ Linux Kernel QEMUシミュレータ x86 Code Windows

プラットフォームとしての特徴 • オプンソスオープンソース – 殆ど全てのソースコードが開示されましたカネルのみを使用 • Linuxカーネルのみを使用 – libcやルートファイルシステムは、通常の組み込みLinuxで使われている物と異なる • アプリケーションレイヤはJavaで開発 – ネイティブコドで記述されたミドルウアと上位アプリネイティブコードで記述されたミドルウェアと、上位アプリケーションの分離 QEMUシミュレタの採用 • QEMUシミュレータの採用 – PC上でARM CPUのバイナリ互換を実現

• ソースの概要についてソスの概要にいて 12

ソースのある場所 • ここ – http://source.android.com/ p // / • gitとそのラッパースクリプト(repo)を使用してソースをダウンロードする。ソスをダウンロドする – Googleのアカウント(GMAIL)が必要。無償。 • ブラウザで閲覧するならここ – http://git source android com/ http://git.source.android.com/ 13

何が含まれている？ d id S を再ビルドに必要なものが全て • Android SDKを再ビルドに必要なものが全て。 • Linux カーネル、デバイスドライバ、標準Cライブラリ、コンパイラツールチェイン、Dalvik VM、2D/3Dグラフィッコンパイラツルチイン D l ik VM 2D/3Dグラフィックライブラリ、コーデック、アプリケーションフレームワク、webkit(WEBブラウザ)、ワーク webkit(WEBブラウザ) .... • ただし、MAPアプリケーションは含まれていない。 HTC G1のソース？ (デフォルトではダウンロードされないがリポジトリに存 • 在する。けっこう頻繁に更新。) – kernel/msm.git – platform/hardware/msm7k.git – platform/vender/htc/dream.git 14

全てのソースがあるのか？ • コンパイラツールチェインと一部のライブラリはバイナリで入っている。 – $(TOP)/prebuilt 以下 • それらをリビルドするために必要なソスのそれらをリビルドするために必要なソースのありかが明記されている。 – 各ディレクトリのREBUILTというファイルに 15

全部で何行？ • ダウンロードしたファイルのうち、ファイル名の末尾が .c .h .cpp .S .java のものだけを選んで pp j wc –l でカウントすると約1600万行。 • このうちLinux kernelのソスコドを除くと kernelのソースコードを除くと約770 万行。 • 詳細は http://d.hatena.ne.jp/embedded/20081127/p1 16

Androidでの新規ソースは？たくさプ成 • Androidではたくさんのオープンソースの成果を利用している。 • では、Androidで新規に起こされたファイルはどのくらいの規模か？ • /Copyright.*Android/ というパターンのあるファイルだけを集計すると約160万行。 • 詳細 http://d.hatena.ne.jp/embedded/20081130/p1 17

ライセンス条件は？ • 基本基本はApache 2.0 • 多数のオープンソースの成果を利用している多数のオプンソスの成果を利用しているので、それはそれぞれのライセンス条件 • モジモジュールごとに MODULE_LICENSE_*** といルごとに *** というファイルがあり、簡単に確認できるように整備されている。 • またそれぞれライセンス表示のためのまた、それぞれライセンス表示のための NOTICEというファイルがおかれている。 18

$ find . -name quot;MODULE_LICENSE_*“ ./system/extras/showmap/MODULE_LICENSE_APACHE2 ./system/extras/showslab/MODULE_LICENSE_APACHE2 ./system/extras/librank/MODULE_LICENSE_APACHE2 ./system/extras/procrank/MODULE_LICENSE_APACHE2 /system/extras/procrank/MODULE LICENSE APACHE2 ./system/extras/latencytop/MODULE_LICENSE_APACHE2 ... $ fi d . -name quot; find quot;MODULE_LICENSE_*quot; | d ' ^ */ *quot; |sed 's,^.*/,, ' |sort |uniq -c |sort -r 117 MODULE_LICENSE_APACHE2 24 MODULE_LICENSE_BSD_LIKE 11 MODULE_LICENSE_BSD 10 MODULE_LICENSE_GPL 9 MODULE_LICENSE_EPL 7 MODULE LICENSE LGPL MODULE_LICENSE_LGPL 4 MODULE_LICENSE_PUBLIC_DOMAIN 4 MODULE_LICENSE_LGPL_AND_GPL 2 MODULE_LICENSE_CPL 1 MODULE_LICENSE_W3C 1 MODULE_LICENSE_OSL1 1 MODULE_LICENSE_MIT 1 MODULE LICENSE HP MODULE_LICENSE_HP 1 MODULE_LICENSE_AFL_AND_GPL 19

ちなみにＧＰＬのものは $ find . -name quot;MODULE_LICENSE_*quot; |grep GPL ./external/iptables/MODULE_LICENSE_GPL ./external/elfcopy/MODULE_LICENSE_GPL ./external/jdiff/MODULE_LICENSE_LGPL ./external/jdiff/MODULE LICENSE LGPL ./external/yaffs2/MODULE_LICENSE_GPL ./external/qemu/MODULE_LICENSE_GPL ./external/webkit/WebCore/MODULE_LICENSE_LGPL ./external/dbus/MODULE_LICENSE_AFL_AND_GPL ./external/dbus/MODULE LICENSE AFL AND GPL ./external/oprofile/MODULE_LICENSE_GPL ./prebuilt/windows/sdl/MODULE_LICENSE_LGPL ./prebuilt/windows/ccache/MODULE_LICENSE_GPL ./p ebu t/da w ./prebuilt/darwin-x86/sdl/MODULE_LICENSE_LGPL 86/sd / O U CS G ./prebuilt/darwin-x86/toolchain/i686-apple-darwin8- 4.0.1/MODULE_LICENSE_LGPL_AND_GPL ./prebuilt/darwin-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/MODULE_LICENSE_LGPL_AND_GPL ./prebuilt/darwin-x86/ccache/MODULE_LICENSE_GPL /p / / / ./prebuilt/darwin-x86/make/MODULE_LICENSE_GPL ./prebuilt/common/jfreechart/MODULE_LICENSE_LGPL ./prebuilt/common/swing-worker/MODULE_LICENSE_LGPL ./prebuilt/common/netbeans-visual/MODULE_LICENSE_GPL /p / / / ./prebuilt/linux-x86/sdl/MODULE_LICENSE_LGPL ./prebuilt/linux-x86/toolchain/i686-linux-gnu- 3.4.6/MODULE_LICENSE_LGPL_AND_GPL ./prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.2.1/MODULE_LICENSE_LGPL_AND_GPL /p / / / / ./prebuilt/linux-x86/ccache/MODULE_LICENSE_GPL 20

ビルドのしかた ( b t ) M OS(i t l)でのビルドがサポトされ • Li Linux (ubuntu), MacOS(intel)でのビルドがサポートされている。 – http://source.android.com/download – 他に必要なライブラリ – sudo apt‐get install zlib1g‐dev libncruses5‐dev unzip • 手軽な方法 – VMWare 上にubuntu 8 04 i386をクリンインストル 8.04 i386をクリーンインストール – 無料のVMWare player利用可能 – ビルド時間 40分くらい？ 0分くらい • 困った時はネットで検索。☺ • make sdk でSDK一式が再ビルド。 21

ビルドのTips ド表 • make showcommands でコマンドライン表示 • ccache を使うためには環境変数 ccache を使うためには環境変数 USE_CCACHE=1 環境ではデフルト設定が無難 • VMWare環境ではデフォルト設定が無難 (512MBメモリ、プロセッサ1個) • make sdk – JDK6でなくJDK5でないとjavadocでエラになる JDK6でなくJDK5でないとjavadocでエラーになる 22

移植性？ • タゲットCPUはARMのみだたが 2008年12月のアッターゲットCPUはARMのみだったがプデートでx86向けのビルドが追加された。 – armv5t (ARM926以降、Xscale) armv5t (ARM926以降、Xscale) • パス名に’arm’を含むファイルが多いもの bionic – dalvik – external/opencore – external/sonivox – external/qemu – external/openssl – • これらの移植に目途がつけば、他のCPUでもいけそう。 23

移植性?: Bionic 移植性?: Bionic • 標準ライブラリとランタイムロダ標準ライブラリとランタイムローダ – libc, libm, libdl, libthread_db, linker • F BSD O FreeBSD, OpenBSD, NetBSDからのファイルをベー BSD N tBSDからのファイルをベスにしているようだ。 • アセンブラで書いてあるのは – カーネルのシステムコール呼び出し部分 – memcpyなどのアセンブラ版 • 現在はARM,x86用のものしかないが、同じように *BSDから持ってくれば他のCPU用のものも準備 BSDから持ってくれば他のCPU用のものも準備できそう。 24

移植性?: Dalvik VM 移植性?: Dalvik VM ドのインタプリタが何種類か用意され • DXコードのインタプリタが何種類か用意されている。 – 高速版 (アセンブラで書かれている) – 移植用 (Cで書かれている） ( – デバッグ用、プロファイル用 • それ以外のARM依存ファイルはABIを定義しているファイルのみ。 • とりあえずC版インタプリタを使えば移植は簡単？ 25

互換性テスト • 各モジュールに単体テスト用のファイルらしきものがあるが、システム全体に渡る互換性はものがあるがシステム全体に渡る互換性はどうなるのだろう... ? どうなるのだろう ? • キラーアプリ、キラーデバイスによるデファクキラアプリ、キラデバイスによるデファクトスタンダード？ • サブセット化OK? 26

ここまでの感想 • 「本当に全部のソスが公開された「本当に」全部のソースが公開された。 – iPhone との最大の違い。 • 扱いやすいライセンス。 • 用途は携帯電話に限定されない。用途携帯電話限定されな。 • まさに、Google 太っ腹！ここから直接収益を上げることは全く考えていないようだ。「どうぞ、げることは全く考えていないようだ。「どうぞ使ってください」という感じ。 • 組み込みLinuxのメジャーなディストリビューショ組み込みLinuxのメジャなディストリビュションになるかも。 27

• ソースから読み取れることソスから読み取れると 28

Bionic(標準Cライブラリ) 制約事 • CAVEATS(制約事項) – $(TOP)/bionic/libc/CAVEATS $( )/ // – 基本はPOSIX準拠だが... – C++の例外をサポトしない組み込みシステム C++の例外をサポートしない。組み込みシステムではひどく遅いコードになるから。 h dのキンセル機能はサポトしない – pthreadのキャンセル機能はサポートしない。 – ロケールやワイドキャラクタはサポートしない。国際化対応には代わりにICUを使う。 29

AndroidでのC++プログラミングの制限 • 例外は使用できない例外は使用できない。 – newはmallocと同等。 – メモリがないときはNULLを返す。 • 実行時型情報は使用できない。 – type_info は空実装。 – pure virtual functionは使用できない。 • STL(標準テンプレートライブラリ)は使用できない。 – Vector.h, List.h はframeworks/base/include/utils にある。 • コンパイル時にはオプション –fno‐exceptions – fno‐rtti をつける。 30

libstdc++ の中身はたったこれだけ libstdc++ の中身はたったこれだけ。 $ nm -C out/target/product/generic/symbols/system/lib/libstdc++.so |grep ' [TDRB] ' 000019dd T type_info::type_info(type_info const&) 000019a5 T type_info::type_info() type info::type info() 000019dd T type_info::type_info(type_info const&) 000019a5 T type_info::type_info() 000019f5 T type_info::~type_info() 00001a19 T type_info::~type_info() 00001a19 T type_info::~type_info() i i 000019bd T type_info::name() const 000019d9 T type_info::before(type_info const&) const 000019d1 T type_info::operator==(type_info const&) const 000019d5 T type_info::operator!=(type_info const&) const 00001a30 R std::nothrow 00002000 D vtable for type_info 0000192d T operator delete[](void*) 0000190d T operator delete[](void*, std::nothrow_t const&) 0000193d T operator delete(void ) delete(void*) 0000191d T operator delete(void*, std::nothrow_t const&) 00001965 T operator new[](unsigned int) 0000194d T operator new[](unsigned int, std::nothrow_t const&) 00001971 T operator new(unsigned int) 00001959 T operator new(unsigned int, std::nothrow_t const&) t ( i dit td th t t) 0000189d T __cxa_guard_abort 000018d9 T __cxa_guard_acquire 000018b5 T __cxa_guard_release 0000197d T __cxa_pure_virtual __ _ _ $ 31

ダイナミックリンク • linker – ld.so ではない。Android 新規設計。 – libdlの機能はある。 dlsym, dlopen • prelink (apriori) prelink (apriori) – ライブラリを固定アドレスにマッピング • build/core/prelink linux arm map build/core/prelink‐linux‐arm.map – 実行ファイル(executable)はprelinkしてない – 起動高速化というより共有メモリの効率化のため? • stripコマンドの代わりにsoslimコマンド 32

各ライブラリの配置アドレス $ cat build/core/prelink-linux-arm.map # 0xC0000000 - 0xFFFFFFFF Kernel # 0xB0100000 - 0xBFFFFFFF Thread 0 Stack # 0xB0000000 - 0xB00FFFFF Linker # 0xA0000000 - 0xBFFFFFFF Prelinked System Libraries # 0x90000000 - 0x9FFFFFFF Prelinked App Libraries # 0x80000000 - 0x8FFFFFFF Non-prelinked Libraries i i i # 0x40000000 - 0x7FFFFFFF mmap'd stuff # 0x10000000 - 0x3FFFFFFF Thread Stacks # 0x00000000 - 0x0FFFFFFF .text / .data / heap # core system libraries libdl.so 0xAFF00000 libc.so 0xAFE00000 libstdc++.so 0xAFD00000 libm.so libm so 0xAFC00000 liblog.so 0xAFBC0000 libcutils.so 0xAFB00000 libthread_db.so 0xAFA00000 libz.so 0xAF900000 libevent.so lib t 0xAF800000 0 AF800000 libssl.so 0xAF700000 libcrypto.so 0xAF500000 .... 33

Dalvik • クラスライブラリはHarmonyプロジェクトの成ブプジ成果。(既存のCLASSPATHプロジェクトだとGPL) ( ) • アプリ起動時、zygoteというプロセスからfork され、新しいプロセスのmainメソッドをDalvik され新しいプロセスのmainメソッドをDalvik VMのレベルでインボークされる。exec システムコールは使用していない。ムは使用していない – なるべく多くの共有メモリをzygoteから引き継ぐ。 yg – アプリ起動時間の短縮にもなる。 34

DXコードインタプリタ装備な • JIT(Just In Time compiler)は装備していない。 • 複数のインタープリタ実装複数のインタプリタ実装 – 高速版 (ARMのアセンブラで書いてある。) – デバグプロフイル用デバッグ、プロファイル用 – 移植用（C言語で書いてある。) • ARMアセンブラではFPU命令が使われていない。(ARM1136jf向けにチュンする余地) ない (ARM1136jf向けにチューンする余地) 35

Linux Kernel Linux Kernel • 2.6.27 • Android特有の部分 – binder – ashmem • ユーザー空間デバイスドライバ？ザ空間デバイスドライバ？ – libhardware 36

binder •ププロセス間通信 • OpenBinder org のものをベースにしてい OpenBinder.org のものをベースにしていたが今は互換性はない。 • Androidのアプリケーションフレームワークの根幹をなす。クの根幹をなす • 上位層は AIDL につながっている。 AIDL にながっている。 37

ashmem • Android / Anonymous SHared MEMory subsystem • $(TOP)/system/core/cutils/ashmem.h int ashmem_create_region(const char *name, size_t size) → returns fd – int ashmem_set_prot_region(int fd, int prot) – int ashmem_p _region(int fd, size_t offset, size_t len) pin g ( , , ) – int ashmem_unpin_region(int fd, size_t offset, size_t len) – • ‘pin’ していないメモリはカーネルが回収して再利用 • Javaの weak reference に似ている概念。キャッシュの実装に便利。実装便利。 • Javaから利用するときはandroid.os.MemoryFile 38

• ソースの活用方法ソスの活用方法 39

ソースの活用方法大部分 • Androidのソースの大部分はApachライセンスで改変は自由。あらゆる活用方法が考えられ改変自由。あらゆる活用方法考られる。 – 自分の製品にそのまま移植してアプリケーショ自分の製品にそのまま移植して、アプリケーションをJava言語で開発する。 – 分解して必要な部分だけ使用する分解して必要な部分だけ使用する。 • いずれにせよ、ソースから学べることは多い。 40

Androidを部分的に利用するとしたら • 最小システムで使う使うカネル , 標準ライラリだけ – Linuxカーネルとinit, toolbox, 標準Cライブラリだけ , – グラフィックスやDalvik VMをはずしてしまう • 最小システム + スクリプト言語スクリプト言語 – 例えば ruby。 C言語で実装されているものならば移植は難しくない。 41

Dalvik VMを他のOSに移植？ Dalvik VMを他のOSに移植？自身はがあれば移植でき • Dalvik VM自身はPOSIX APIがあれば移植でき lk そう。 • アプリケーションのフレームワークはbinderに強依存強く依存している。binderはLinuxカーネルのド。ライバとして実装されていてGPLライセンス。 Android独自のカネルドライバ • Android独自のカーネルドライバ binderや ashmem をGPL以外のOSに移植するにはスクラッチから互換性のあるものを作る必要がある。 42

• まとめ 43

Androidの強み：過去のしがらみがない • 現在またはこの先利用できる技術を前提 – メモリ, CPUはJavaを動かすのに十分ある。 • アプリケーションは全てJavaで書くアプリケーションは全てJavaで書く。 • アプリケーションフレームワークはJavaで統一されてネイティブアプリケーションとの競合を考慮しなくてよい。は固定 – OSはLinux固定。 • 仮想メモリシステムを活用。 – GPUによる高速3D描画 GPUによる高速3D描画。 • 2DグラフィックスもOpenGLで。そのため2Dと3Dの重ね合わせの問題を考慮しなくてよい。 – 無料無料のWiFi, 定額制の3Gパケット通信。定額制パケ通信 • バックグランドでシームレスにネットワークの切り替え。 44

Androidの強み：オープンソースであること • 特別な契約なしで誰でもソースを見ることができる。 • Apacheライセンスは商用利用で扱いやすい。 • 無償のツルだけでビルド環境を構築できる無償のツールだけでビルド環境を構築できる。 • このため世界中の優秀な技術者でにぎわう。 • にぎわう技術は急速に進歩する。ぎわう技術は急速進歩する 45

Androidのインパクト •組組み込みシステム開発にAndroidの与えるイ与るンパクトは少なくないだろう。 • 直接的インパクト – A d idを採用しての製品開発 Androidを採用しての製品開発 – Androidソースの部分利用 • 間接的インパクト – 他の組み込みプラットフォームもソース公開の流れに 46

オープンソース • 組み込みソフト開発でもオープンソースを避けて通ることができなくなった。 • ソースは無償で入手できるが、それを読み解き、活用するためには技術力が必要。き活用するためには技術力が必要 • 技術力の向上にはまず情報交換を。 • 日本A d idの会日本Androidの会 – http://www.android‐group.jp/index.php?FrontPage 47

ご静聴ありがとうございました。 48

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by Tetsuyuki Kobayashi on Feb 08, 2009

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