Dalvik (software)

Dalvik es una máquina virtual (VM) de proceso descontinuada en el sistema operativo Android que ejecuta aplicaciones escritas para Android. ^{[ 1 ]} (El formato de bytecode de Dalvik todavía se usa como formato de distribución, pero ya no en tiempo de ejecución en versiones más recientes de Android). Dalvik fue una parte integral de la pila de software de Android en las versiones (ahora sin soporte) de Android 4.4 "KitKat" y anteriores, que se usaban comúnmente en dispositivos móviles como teléfonos móviles y computadoras de escritorio , y más en algunos dispositivos como televisores inteligentes y wearables . Dalvik es software de código abierto , escrito originalmente por Dan Bornstein, quien lo nombró en honor al pueblo pesquero de Dalvík en Eyjafjörður , Islandia . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Los programas para Android suelen escribirse en Java y Kotlin , y se compilan a código de bytes para la Máquina Virtual de Java . Este código se traduce a código de bytes Dalvik y se almacena en archivos ejecutables Dalvik.dex y ejecutables Dalvik optimizados . Los términos odex y de-odex se asocian a las conversiones de código de bytes correspondientes. El formato compacto de ejecutable Dalvik está diseñado para sistemas con limitaciones de memoria y velocidad de procesador ..odex

El sucesor de Dalvik es Android Runtime (ART), que utiliza el mismo código de bytes y archivos .dex (pero no archivos .odex), con el objetivo de mejorar el rendimiento. El nuevo entorno de ejecución se incluyó por primera vez en Android 4.4 "KitKat" como una vista previa tecnológica , ^{[ 4 ] [ 5 ]} y reemplazó por completo a Dalvik en versiones posteriores; Android 5.0 "Lollipop" es la primera versión en la que ART es el único entorno de ejecución incluido.

Dalvik, nombrado en honor a una ciudad de Islandia por su creador Dan Bornstein, ^{[ 6 ]} fue diseñado para dispositivos integrados con muy poca RAM y CPU ^{[ 7 ]} para ejecutar código Java, y eventualmente admitir C++ para "aplicaciones de alto rendimiento" y JavaScript para "aplicaciones ligeras tipo widget" como lenguajes de primera clase, mientras que Java se encargaba del resto. El Android Native Development Kit , que finalmente allanó el camino para la compatibilidad con C++, ha existido desde el primer lanzamiento público de Dalvik. Según Bornstein, el mapeo de memoria de ejecutables y bibliotecas a través de múltiples procesos y la creación de un intérprete más rápido con semántica basada en registros impulsaron gran parte del diseño inicial del conjunto de instrucciones alineado a bytes y la máquina virtual. La experiencia trabajando con J2ME en Sidekick at Danger , Bornstein descubrió que era demasiado simplificado y bastante limitado para Android. Si bien las mejoras como Isolates , tal como las planeó Sun en ese momento, hicieron que el aislamiento de procesos fuera inviable, ya que rompía el modelo de seguridad intra-dispositivo de Android. Para Dalvik VM, Bornstein se inspiró particularmente en The Case for Register Machines ^{[ 6 ]} escrito por Brian Davis et al. del Trinity College de Dublín. ^{[ 8 ]}

Dalvik se publicó como código abierto bajo la licencia Apache v2, al igual que el resto del proyecto de código abierto de Android, en 2008. ^{[ 9 ]}

A diferencia de las máquinas virtuales Java , que son máquinas de pila , la máquina virtual Dalvik utiliza una arquitectura basada en registros que requiere menos instrucciones, aunque generalmente más complejas. Los programas Dalvik se escriben en Java utilizando la interfaz de programación de aplicaciones (API) de Android , se compilan a bytecode Java y se convierten a instrucciones Dalvik según sea necesario.

Se utiliza una herramienta dxpara convertir archivos .class de Java al formato .dex. Varias clases se incluyen en un único archivo .dex. Las cadenas duplicadas y otras constantes utilizadas en varios archivos de clase se incluyen solo una vez en la salida .dex para ahorrar espacio. El código de bytes de Java también se convierte a un conjunto de instrucciones alternativo utilizado por la máquina virtual Dalvik. Un archivo .dex sin comprimir suele ser un pequeño porcentaje más pequeño que un archivo JAR ( Java Archive ) comprimido derivado de los mismos archivos .class. ^{[ 10 ]}

Los ejecutables de Dalvik pueden modificarse nuevamente al instalarlos en un dispositivo móvil. Para obtener optimizaciones adicionales , se puede intercambiar el orden de los bytes en ciertos datos, enlazar directamente estructuras de datos simples y bibliotecas de funciones , y, por ejemplo, omitir la ejecución de objetos de clase vacíos.

Al estar optimizado para bajos requisitos de memoria, Dalvik tiene algunas características específicas que lo diferencian de otras máquinas virtuales estándar: ^{[ 11 ]}

• La máquina virtual se optimizó para que ocupara menos espacio.
• El conjunto de constantes se ha modificado para usar solo índices de 32 bits con el fin de simplificar el intérprete .
• El código de bytes estándar de Java ejecuta instrucciones de pila de 8 bits . Las variables locales deben copiarse hacia o desde la pila de operandos mediante instrucciones independientes. Dalvik, en cambio, utiliza su propio conjunto de instrucciones de 16 bits que opera directamente sobre las variables locales. La variable local se suele seleccionar mediante un campo de "registro virtual" de 4 bits . Esto reduce el número de instrucciones de Dalvik y aumenta la velocidad de su intérprete.

El diseño de Dalvik permite que un dispositivo ejecute múltiples instancias de la máquina virtual de manera eficiente. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Android 2.2 "Froyo" introdujo la compilación just-in-time (JIT) basada en trazas en Dalvik, optimizando la ejecución de aplicaciones mediante el análisis continuo de las mismas cada vez que se ejecutan y la compilación dinámica de segmentos cortos de su código de bytes, ejecutados con frecuencia, en código máquina nativo . Mientras Dalvik interpreta el resto del código de bytes de la aplicación, la ejecución nativa de esos segmentos cortos, denominados "trazas", proporciona mejoras significativas en el rendimiento. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} Los posibles encabezados de traza se identifican en la parte frontal del compilador en la etapa de análisis y después de la conversión del código de bytes. Se mantiene una caché de traducción durante el tiempo de ejecución. Se pueden encadenar varias trazas para reducir la sincronización entre el compilador y el intérprete. La traza se optimiza convirtiéndola al formato de Asignación Estática Única , lo que permite optimizaciones como la eliminación de almacenamiento muerto, el plegado de variables y la inserción en línea de getters y setters. ^{[ 12 ]}

Las ventajas relativas de las máquinas de pila frente a los enfoques basados ​​en registros son objeto de un debate continuo. ^{[ 17 ]}

En general, las máquinas basadas en pila deben usar instrucciones para cargar datos en la pila y manipularlos, por lo que requieren más instrucciones que las máquinas de registro para implementar el mismo código de alto nivel . Sin embargo, las instrucciones en una máquina de registro deben codificar los registros de origen y destino, por lo que tienden a ser más extensas. Esta diferencia es importante para los intérpretes de máquinas virtuales, para los cuales el despacho de códigos de operación suele ser costoso, junto con otros factores igualmente relevantes para la compilación justo a tiempo .

Las pruebas realizadas en dispositivos ARMv7 en 2010 por Oracle (propietario de la tecnología Java) con benchmarks Java estándar no gráficos mostraron que la máquina virtual HotSpot de Java SE Embedded era 2 a 3 veces más rápida que la máquina virtual Dalvik basada en JIT de Android 2.2 (la versión inicial de Android que incluía un compilador JIT). ^{[ 18 ]} En 2012, los benchmarks académicos confirmaron el factor de 3 entre HotSpot y Dalvik en la misma placa Android, señalando también que el código Dalvik no era más pequeño que el de HotSpot. ^{[ 19 ]}

Además, a partir de marzo de 2014 , las pruebas de rendimiento realizadas en un dispositivo Android aún muestran hasta un factor de 100 entre las aplicaciones nativas y una aplicación Dalvik en el mismo dispositivo Android. ^{[ 20 ]} Al ejecutar pruebas de rendimiento utilizando el intérprete inicial de 2009, tanto la interfaz nativa de Java (JNI) como el código nativo mostraron una aceleración de un orden de magnitud. ^{[ 21 ]}

Dalvik se publica bajo los términos de la Licencia Apache 2.0. ^{[ 22 ]} Algunos afirman que Dalvik es una implementación completamente nueva, en lugar de un desarrollo sobre un entorno de ejecución Java estándar, lo que implicaría que no hereda las restricciones de licencia basadas en derechos de autor de los entornos de ejecución Java de edición estándar o de código abierto. ^{[ 23 ]} Oracle y algunos revisores discrepan de esta afirmación. ^{[ 24 ]}

El 12 de agosto de 2010, Oracle , que adquirió Sun Microsystems en abril de 2009 y, por lo tanto, posee los derechos de Java, demandó a Google por presunta infracción de derechos de autor y patentes. Oracle alegó que Google, al desarrollar Android, infringió de manera consciente, directa y reiterada la propiedad intelectual de Oracle relacionada con Java. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} En mayo de 2012, el jurado en este caso determinó que Google no infringió las patentes de Oracle, y el juez de primera instancia dictaminó que la estructura de las API de Java utilizadas por Google no era susceptible de protección por derechos de autor. ^{[ 28 ] [ 29 ]} Las partes acordaron una indemnización legal de cero dólares por 9 líneas de código copiadas. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

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• Comparación de las API de Java y Android
• Descompilador JEB : un descompilador Dalvik (DEX y APK)
• Máquina virtual Dalvik Turbo : una implementación Dalvik alternativa y propietaria

• Código de bytes de Dalvik : documentación oficial de Android del conjunto de instrucciones.
• Formato ejecutable Dex : documentación oficial de Android
• Un compilador JIT para la máquina virtual Dalvik de Android en YouTube , Google I/O 2010, por Ben Cheng y Bill Buzbee.
• Detalles internos de la máquina virtual Dalvik archivados el 1 de marzo de 2010 en Wayback Machine , Google I/O 2008, por Dan Bornstein.
• La pregunta del millón: ¿Cuál es la diferencia entre marca registrada y derechos de autor?