Android là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và nguồn gốc hệ điều hành Android

Android là hệ điều hành mã nguồn mở (open source) dựa trên nhân Linux, phát triển bởi Google, chủ yếu dành cho thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng, thiết bị đeo (wearable), TV, và các thiết bị thông minh khác. dự án Android Open Source Project (AOSP) cung cấp toàn bộ mã nguồn gốc của Android, cho phép các nhà sản xuất và cộng đồng phát triển tùy chỉnh theo phần cứng đặc thù. Nền tảng này hỗ trợ nhiều kiến trúc CPU như ARM, ARM64, x86 và x86_64 tùy thiết bị.

Nguồn gốc bắt đầu từ Android, Inc. thành lập năm 2003, sau đó được Google mua lại vào 2005. Android phiên bản đầu tiên ra mắt vào năm 2008 với điện thoại HTC Dream (còn gọi là T‑Mobile G1). Kể từ đó Android liên tục được phát triển qua nhiều phiên bản, cải thiện khả năng bảo mật, hiệu năng, giao diện người dùng và khả năng tương tác với phần cứng đa dạng.

Cấu trúc hệ thống và các thành phần kiến trúc

Kiến trúc Android được tổ chức theo lớp, gồm các thành phần chính: Linux Kernel, Hardware Abstraction Layer (HAL), Android Runtime (ART), các thư viện (Libraries), Application Framework, và lớp ứng dụng (Applications). Linux Kernel cung cấp các chức năng cơ bản như quản lý tiến trình, bộ nhớ, driver phần cứng, bảo mật, giao tiếp mạng. HAL là lớp trừu tượng hóa cho phần cứng, để phần trên chạy mà không cần biết chi tiết phần cứng cụ thể.

Phần Android Runtime (ART) thực thi mã ứng dụng, thay thế Dalvik từ các phiên bản Android cũ hơn; ART hỗ trợ biên dịch trước (AOT – Ahead‑Of‑Time), tối ưu hiệu suất khởi động và quản lý bộ nhớ tốt hơn. Libraries bao gồm các thư viện C/C++ và Java cần thiết cho đồ họa, xử lý âm thanh/multimedia, SQLite, SSL/TLS. Application Framework cung cấp API cho lập trình viên tương tác với giao diện người dùng, dịch vụ hệ thống, quản lý tài nguyên.

Bảng sau đây tóm tắt các lớp kiến trúc chính và vai trò:

Lớp	Vai trò chính
Linux Kernel	Quản lý driver, tiến trình, bảo mật số, truy cập phần cứng, mạng
HAL	Trừu tượng hóa phần cứng, giao tiếp phần mềm‑phần cứng qua chuẩn HAL
Android Runtime (ART)	Thực thi ứng dụng (.dex/.art), quản lý bộ nhớ, biên dịch AOT/JIT
Libraries & Native Code	Thư viện xử lý đồ họa, media, cơ sở dữ liệu, kết nối mạng
Application Framework	Cung cấp API hệ thống, quản lý hoạt động ứng dụng, UI, tài nguyên người dùng
Applications	Ứng dụng người dùng và hệ thống chạy trên lớp framework và runtime

Android Runtime và quá trình thực thi ứng dụng

Android Runtime (ART) là môi trường thực thi ứng dụng chính từ Android 5.0 trở đi; nó giúp cải thiện hiệu suất qua việc biên dịch Ahead‑Of‑Time (AOT) khi cài đặt ứng dụng, thay vì chỉ Just‑In‑Time (JIT) như Dalvik trước đây. ART cũng hỗ trợ thu gom rác (garbage collection), tối ưu thao tác bộ nhớ và quản lý hồ sơ phân phối ứng dụng qua tệp .apk hoặc .aab (Android App Bundle).

Ứng dụng viết bằng Java hoặc Kotlin được biên dịch thành bytecode, sau đó chuyển thành định dạng DEX (.dex files), ART thực thi thông qua lớp trung gian. Các thành phần như trình biên dịch ART, JIT, interpreter cùng thư viện hỗ trợ ảnh, media, mã hóa/c giải mã sẽ làm việc cùng nhau để đảm bảo ứng dụng được khởi chạy, xử lý giao diện và phản hồi người dùng nhanh và ổn định.

Hệ sinh thái thiết bị và tùy biến của Android

Android được sử dụng trên rất nhiều thiết bị từ điện thoại, máy tính bảng, TV (Android TV), thiết bị đeo (Wear OS), ô tô (Android Automotive), thiết bị IoT. Các nhà sản xuất (OEM) thường tùy biến giao diện người dùng, các ứng dụng hệ thống, và đôi khi cả lớp framework, để tạo ra bản Android riêng như Samsung One UI, Xiaomi MIUI, Oppo ColorOS, Realme UI. Tùy biến giúp tối ưu trải nghiệm theo phần cứng, nhưng dẫn tới phân mảnh (fragmentation) hệ điều hành.

Tính phân mảnh biểu hiện ở nhiều khía cạnh: bản Android khác nhau trên nhiều thiết bị, biến thể HAL khác biệt, hỗ trợ kernel không đồng đều, cập nhật hệ thống không đồng nhất. Điều này ảnh hưởng tới bảo mật, cập nhật (updates), hiệu suất ứng dụng và trải nghiệm người dùng. Google và cộng đồng Android thực hiện các bước để giảm phân mảnh như chương trình Project Treble nhằm tách phần lõi hệ điều hành khỏi phần phụ thuộc nhà sản xuất. (nguồn: Android Developers) Platform Architecture – Android.dev

Phát triển ứng dụng trên nền tảng Android

Việc phát triển ứng dụng Android chủ yếu sử dụng Java và Kotlin, với Kotlin được Google ưu tiên hỗ trợ từ năm 2019. Ngoài ra, có thể dùng C/C++ cho các thành phần hiệu suất cao thông qua Android NDK (Native Development Kit). Toàn bộ quá trình phát triển được hỗ trợ bởi Android Studio – môi trường phát triển tích hợp (IDE) chính thức do Google phát hành.

Ứng dụng Android được đóng gói dưới dạng file .apk (Android Package) hoặc .aab (Android App Bundle). Android App Bundle là định dạng tối ưu hóa kích thước file cài đặt, cho phép Google Play phân phối phiên bản ứng dụng phù hợp nhất với thiết bị người dùng.

Các công cụ phổ biến trong phát triển Android:

• Android Studio – IDE chính thức, tích hợp trình giả lập, trình kiểm tra hiệu suất và trình debug
• Android Jetpack – bộ thư viện để xây dựng ứng dụng hiện đại, bao gồm Navigation, LiveData, Room
• Firebase – dịch vụ backend cho ứng dụng: cơ sở dữ liệu, xác thực, lưu trữ, phân tích

Hệ thống bảo mật và quyền riêng tư

Android tích hợp nhiều lớp bảo mật để bảo vệ người dùng và dữ liệu hệ thống. Cơ chế sandbox đảm bảo mỗi ứng dụng chạy trong vùng nhớ tách biệt, không can thiệp trực tiếp vào ứng dụng khác. Mỗi ứng dụng chỉ có quyền truy cập tài nguyên nếu được người dùng cấp quyền tại thời điểm sử dụng (runtime permission).

Hệ điều hành còn sử dụng SELinux (Security-Enhanced Linux) để kiểm soát truy cập cấp thấp. Ngoài ra, từ Android 10 trở đi, Google áp dụng mô hình phân vùng dữ liệu (scoped storage), giới hạn quyền truy cập của ứng dụng đến bộ nhớ dùng chung. Android cũng hỗ trợ mã hóa toàn bộ ổ đĩa, bảo mật bootloader, và cập nhật bảo mật định kỳ thông qua Google Play Services hoặc Project Mainline.

Bảng các tính năng bảo mật tiêu biểu qua các phiên bản:

Phiên bản Android	Tính năng bảo mật
Android 6.0 (Marshmallow)	Runtime Permissions
Android 7.0 (Nougat)	File-based encryption, SELinux cải tiến
Android 10	Scoped Storage, quyền vị trí chi tiết hơn
Android 12+	Privacy Dashboard, camera/micro indicator

Phân mảnh hệ điều hành và quản lý cập nhật

Một trong những thách thức lớn nhất của Android là sự phân mảnh hệ điều hành. Hàng trăm nhà sản xuất sử dụng Android nhưng không phải lúc nào cũng cập nhật kịp thời các bản vá bảo mật hoặc phiên bản hệ điều hành mới. Việc tùy biến sâu vào giao diện và nhân hệ điều hành khiến quá trình cập nhật phụ thuộc vào OEM, gây chậm trễ và thiếu đồng bộ.

Để cải thiện tình trạng này, Google đưa ra hai sáng kiến:

• Project Treble: phân tách nhân hệ điều hành (OS) khỏi phần mềm OEM để cập nhật nhanh hơn.
• Project Mainline: cho phép cập nhật một số thành phần hệ thống qua Google Play mà không cần cập nhật toàn bộ OS.

Tuy nhiên, tỷ lệ người dùng sử dụng phiên bản Android mới vẫn thấp hơn so với iOS. Theo Android Dashboard, đến năm 2025 vẫn còn trên 20% thiết bị chạy Android 10 trở về trước.

Ảnh hưởng và vai trò của Android trong thị trường công nghệ

Android không chỉ là nền tảng hệ điều hành di động phổ biến nhất thế giới mà còn là hệ sinh thái mở rộng ra nhiều lĩnh vực như nhà thông minh (smart home), thiết bị đeo, ô tô (Android Automotive), truyền hình (Android TV), thiết bị thanh toán và thiết bị công nghiệp.

Android chiếm hơn 70% thị phần hệ điều hành di động toàn cầu tính đến năm 2025, theo Statista. Việc hỗ trợ mã nguồn mở và công cụ phát triển mạnh mẽ đã tạo ra một cộng đồng lập trình viên rộng lớn, thúc đẩy đổi mới và cạnh tranh.

Android cũng là một nền tảng chiến lược trong chiến lược công nghệ của Google – hỗ trợ Google Search, Assistant, Maps, YouTube và hệ thống quảng cáo Google Ads trên thiết bị di động.

Tài liệu tham khảo

1. Android Developer Portal – Google
2. Android Open Source Project (AOSP)
3. Android Studio Overview
4. Android Security Overview
5. Statista – Mobile OS Market Share
6. Arxiv – Android Security Architecture