Firefox OSアーキテクチャクイックツアー

わんくま同盟大阪勉強会 #63
Firefox OSアーキテクチャクイックツアー
株式会社グローバルサイバーグループ
マネージャ
藪下正美

はじめに

自己紹介
• 藪下正美
– わんくまでは普段あおいたんとか名乗ってる人
– 大阪は＃４５以来ですおひさしぶりです
• 株式会社グローバルサイバーグループから来ました
• Firefox OSコミュニティから来ました
• Codezineで記事書きました
– Firefox OSアプリ開発が楽しくなるハードウェアAPIの概要と、
センサーAPIや音声APIを使った楽器アプリの作例
– http://codezine.jp/article/detail/8540

会社紹介
• 株式会社グローバルサイバーグループ
– 関西出身の組み込み系の会社
• 携帯電話とか業務用コピー機とかデジカメとかの中の人やってます
• 最近はAndroidのすごい下の方か各モバイルOS向けアプリを主にやって
ます
– Firefox OSの勉強会を支援する事業やってるので興味があればご
相談ください
• http://www.gcg.bz/labo_blog/?page_id=943
– 各種モバイルOSの質問も受け付けてます。ブログで回答します
• http://www.gcg.bz/labo_blog/?page_id=945

コミュニティ紹介
• Firefox OSコミュニティで各種イベントのスタッフとかス
ピーカとかやってます
– FxOSコードリーディングというコミュニティのいいだしっぺ
• http://reading.fxos.org/
• 大体毎月Mozilla Japanのオフィスでソースコードを読む会やってます
• 年三回ぐらい成果発表会的なセミナーやってます
• ほかにもHTML5j Webプラットフォーム部とかWoT的なソ
フト/ハードを味見するコミュニティもやってます

今日のアジェンダ１
• Firefox OSの全体像
– Gaia
– Gecko
– Gonk

今日のアジェンダ２
• Gaiaについて少し詳しく
– Gaiaの全体像
– アプリの権限
– ChromeプロセスとContentプロセス
– Chromeプロセスで動くアプリ
– Contentプロセスで動くアプリ

今日のアジェンダ３
• Geckoについて少し詳しく
– Gecko概要
– 三大機能と三つのツリー

今日のアジェンダ４
• Gonkについて少し詳しく
– HAL
– AOSP Linux
• 全体まとめ
• さいごに

Firefox OSの全体像
• Firefox OSは大別して三つのモ
ジュールで構成される

– Gaia
• UIやプリインアプリなど
ユーザに見える基本機能を
提供する
• すべてHTML5で書かれている

– Gecko
• Gaiaやユーザアプリが
使用するAPIやHTML5の
ランタイムを提供する
• C++、JS、IDLなど多くの
言語で実現されている

– Gonk
• OS、HALなどを含む層
• C/C++で書かれている

Gaia
• UIやプリインアプリなどでデ
バイスの基本的な操作を提供
する
• すべてHTML5で書かれている
• Geckoに依存するがプラット
フォームに依存しない
– B2Gデバイス、デスクトップ、
シミュレータなどGeckoが動作
する環境であれば広く動作する
• Gaiaはプロファイルに応じて
提供する機能やUIの変更が多
い

Gecko
• Gaiaやユーザアプリが使用す
るAPIやHTML5のランタイムを
提供する
• C++、JS、IDLなど多くの言語
で実現されている
• FirefoxやThunderbirdなどの
Mozilla製品で共通のランタイ
ム

Gonk
• OS、HALなどを含む層
• WindowsやMac OS XなどのOS
と同等にGeckoの移植対象プ
ラットフォームの一つとして
定義されている
• Gonkは現状唯一B2Gの要求を
満たすプラットフォーム
– 他のOSでは必要な権限が得られ
ない
• Gonkで使用されるOSはAOSP
Linux

GAIAについて少し詳しく

Gaiaの全体像
• Gaiaのアプリ (以下内部アプ
リ) はUIや基本機能を提供する
• 内部アプリは大きく分けて
Chromeプロセスで動くアプリ
とContentプロセスで動くアプ
リに分けられる

アプリの権限
• アプリには利用できるAPIの範
囲が異なる権限タイプが存在
する
– web権限 (ホスト型アプリ/単純
なパッケージ型アプリ)
– trusted権限 (信頼されたホスト型
アプリ)
– privileged権限 (特権型アプリ)
– certified権限 (内部アプリ)
権限概要
Web権限
基本的な権限
ハードウェアにアクセスするAPIやプライ
バシーにかかわるAPIが使えない
Trusted権限
V2.1から追加された権限
一部のユーザに許可を求めるタイプの
APIを使用できる
Privileged権限
事業者に関わる課金、重大なプライバ
シー/セキュリティインシデントが予想さ
れるものを除いたAPIが使用できる権限
Certified権限
キャリアやメーカがプリインアプリでのみ
使用可能な権限
すべてのAPIを使用できる

ChromeプロセスとContentプロセス
• 内部アプリは特権的な機能を
利用するため認証 (certified) 権
限を持つ
• Geckoの制約上特権的APIは特
権的なプロセスでないと実行で
きない
• この特権的なプロセスを
Chromeプロセスと呼ぶ
Gaia
Gecko
Chrome
プロセス
Content
プロセス
APIs
(Interface)
APIs
(Implement)
API呼び出し

ChromeプロセスとContentプロセス
• 内部アプリの大部分を含む一
般的なアプリでは特権的でな
いContentプロセスで動作する
• Contentプロセスで動作するア
プリでもアプリマニフェスト
で宣言し、ユーザに許可され
た機能についてはAPIの使用を
許可される
Gaia
Gecko
Chrome
プロセス
Content
プロセス
APIs
(Interface)
APIs
(Implement)

アプリのヒエラルキー
• Firefox OSのアプリは少数の
Chromeプロセスアプリと多数
のContentプロセスアプリから
なる
• Firefox OSで実行されるアプリ
はSystemアプリの子プロセス
として実行される
• 子プロセスはContentプロセス
として起動される
Gaia
Gecko
Chrome
プロセス
Content
プロセス
APIs
(Interface)
APIs
(Implement)

Chromeプロセスで動くアプリ
• Chromeプロセスで動くアプリ
としては以下のものが挙げら
れる
– Systemアプリ
– Settingsアプリ
– ブラウザアプリ
– キーボードアプリ
– 検索アプリ
• これらのアプリにはSystemア
プリの一部として動作するも
のもある
System Settings
ブラウザキーボード
検索

Systemアプリ
• アプリの管理とか共通して使
われるUIを管理するアプリ
• Firefox OSで見た目のあるアプ
リすべての親
– 見た目がないアプリもいくつか
ぶら下がっている
• アプリ起動時のアニメーショ
ンやアプリの切り替えなども
Systemアプリの管轄
Settings
検索
System

Settingsアプリ
• 特定のアプリによらない設定
を行うアプリ
• 端末設定を変更するのは特権
的機能なのでChromeプロセス
で動作する
• Systemアプリが提供している
機能の設定はSettingsアプリの
仕事となる
検索
System Settings

ブラウザアプリ
• その名の通りブラウザアプリ
• webブラウズだけでなくアプ
リのインストール経路にもな
るので特権的な位置づけにあ
る
Settings
キーボード
検索
System
ブラウザ

キーボードアプリ
• ユーザが文字入力を行うため
のアプリ
• ここではキーボードそのもの
ではなくキーボードが動作す
るフレームワークになる部分
を指している
• 実際操作される部分はユーザ
が選択可能であり作成可能で
ある
Settings
ブラウザ
検索
System
キーボード

検索
• ホーム画面上部にある検索
ボックス
• v2.1からはアプリ起動中もス
テータスバーに常駐するよう
になった
• 検索ボックスもアプリのイン
ストール経路になるので特権
的な位置づけになる
Settings
System
検索

Contentプロセスで動くアプリ
• Contentプロセスで動くアプリ
は多数あるが大別すると以下
の二つ
– プリインアプリ (内部アプリ)
– ユーザアプリ
プリインアプリ
ユーザアプリ

• ダイアラやメッセージングな
どの工場出荷状態でインス
トール済みのアプリ
• 一部の特権アプリを除いてほ
ぼ認証権限を持つ
• 一般の開発者によるアプリも
採用されることがある
ユーザアプリ

ユーザアプリ
• ユーザアプリは出荷後にユー
ザによってインストールされ
るアプリ
• 基本的には検索やマーケット
プレイスを通して入手する
ユーザアプリ

GECKOについて少し詳しく

Geckoの全体像
• ざっくり分けてブラウザ機能、
通信系、レンダラ、描画系、
スクリプトエンジン、プラグ
インコンテナ、プラット
フォーム固有層、プラット
フォーム抽象化層で構成され
る
• 全部は話せないのでざっくり
分けた機能について一言ずつ
と代表的な機能の中でも密接
な関係を持っている部分につ
いて述べる
Gecko
プラットフォーム固有層
プラットフォーム抽象化層
プラグインコンテナスクリプトエンジン
レンダラ
通信系
ブラウザ機能

Gecko概要
• ブラウザ機能
– 履歴やブラウザコンテキストの
管理、トップレベルオブジェク
トの提供などを行う
• 通信系
– 主にプロトコルに応じた処理へ
ディスパッチするプロトコルハ
ンドラ、サーバとの通信を行う
チャネル、URI文字列の構文
チェックや正規化を行うURIオブ
ジェクトを中心概念として構成
される
Gecko
レンダラ
通信系
ブラウザ機能

Gecko概要
• レンダラ
– CSSやstyle属性、JSからの操作に
よって決定されるDOMツリーの
表示表現を作り描画系に指示を
与える
• 描画系
– プラットフォームに依存しない
抽象化された描画フレームワー
クMoz2D、旧フレームワークの
Thebes、レイヤシステム、APZ
(Asynchronous Pan and Zoom) な
どからなる
Gecko
通信系
ブラウザ機能
レンダラ

Gecko概要
• スクリプトエンジン
– JavaScriptエンジン、XPConnect
(XPCOM)、WebIDLバインディン
グなど数種類の言語処理系を持
つ
• プラグインコンテナ
– Flashプレイヤーなどのサード
パーティプラグインやDRMシス
テム、ビデオハードウェア、そ
の他埋め込みオブジェクトなど
をブラウザ本体のプロセスから
切り離し影響を最小化するため
のコンテナ機能を提供する
Gecko
レンダラ
通信系
ブラウザ機能

Gecko概要
• プラットフォーム抽象化層
– NSPR、XPCOMなどのクロスプ
ラットフォーム用抽象化ライブ
ラリや文字列、数などのプラッ
トフォームによらず表現を一定
にしたいプリミティブなデータ
表現を提供する
• プラットフォーム固有層
– ウィジェット、ファイル、ソ
ケット、ヒューマンインター
フェイスなど低レイヤ機能
Gecko
レンダラ
通信系
ブラウザ機能

三大機能と三つのツリー
• ここからはブラウザ機能、レ
ンダラ、描画系、スクリプト
エンジンにまたがるGeckoの
主要機能について述べる
Gecko
プラグインコンテナ
通信系
スクリプトエンジン
レンダラ
ブラウザ機能

• Geckoはブラウザの機能とし
てHTMLパーザ、JSエンジン、
CSSレンダラを持つ
• これらはそれぞれDOMツリー、
JSオブジェクトツリー、レン
ダリングツリーという密接に
関係した三つのツリー構造を
持つ
Gecko
プラグインコンテナ
通信系
スクリプトエンジン
レンダラ
ブラウザ機能 HTMLパーザ
JSエンジン
CSSレンダラ

• HTMLがパースされDOMツ
リーになると、DOMツリーと
対応したJSオブジェクトのツ
リー、DOMツリーにCSSやJS
による操作を適用して描画を
行うためのレンダリングツ
リーも連動して生成される
<html>
<head>
<title> <meta> …
<body>
<header>
…
<section>
… …
HTMLElement
HTMLHeadEle
ment
HTMLTitleEle
ment
HTMLMetaEle
ment
…
HTMLBodyEle
ment
Element
…
Element
… …
<html>
<body>
<head>
…
<section>
… …

HTMLパーザとDOMツリー
• パーザはHTMLを解釈すると
DOMと呼ばれるツリー上の
データ構造を構築する
• DOMツリーはHTMLとして記
述された木構造とその構造上
のオブジェクトに対する操作、
状態を表したオブジェクト
– JavaScriptから操作することに
よってHTMLの状態や見た目の状
態を変更することができる
HTMLElement
HTMLHeadEle
ment
HTMLTitleEle
ment
HTMLMetaEle
ment
…
HTMLBodyEle
ment
Element
…
Element
… …
<html>
<body>
<head>
…
<section>
… …
<html>
<head>
<title> <meta> …
<body>
<header>
…
<section>
… …

JSエンジンとJSオブジェクトツリー
• JSエンジンはHTMLから参照さ
れているJavaScriptのソース
コードやscriptタグ内に記述さ
れたJavaScriptを読み込んで実
行する
<html>
<head>
<title> <meta> …
<body>
<header>
…
<section>
… …
<html>
<body>
<head>
…
<section>
… …
HTMLElement
HTMLHeadEle
ment
HTMLTitleEle
ment
HTMLMetaEle
ment
…
HTMLBodyEle
ment
Element
…
Element
… …

<html>
<body>
<head>
…
<section>
… …
JSエンジンとJSオブジェクトツリー
• この時DOMツリーとして構築
された木構造と関連して
JavaScriptから操作可能なオブ
ジェクトを構築していく
– その結果JavaScriptからDOMツ
リーを操作したり、何らかの要
因で変更されたDOMツリーに対
応してJavaScriptから参照できる
オブジェクトの状態も変化する
関係が作られる
<html>
<head>
<title> <meta> …
<body>
<header>
…
<section>
… …
HTMLElement
HTMLHeadEle
ment
HTMLTitleEle
ment
HTMLMetaEle
ment
…
HTMLBodyEle
ment
Element
…
Element
… …

レンダラとレンダリングツリー
• レンダラはCSS、style属性、
JavaScriptによる操作などの結
果DOM要素がどのように描画
されるかを計算する
<html>
<head>
<title> <meta> …
<body>
<header>
…
<section>
… …
HTMLElement
HTMLHeadEle
ment
HTMLTitleEle
ment
HTMLMetaEle
ment
…
HTMLBodyEle
ment
Element
…
Element
… …
<html>
<body>
<head>
…
<section>
… …

レンダラとレンダリングツリー
• レンダラやスタイルシステム
はDOMツリーをもとにスタイ
ルやJavaScriptによる操作を適
用した描画計算に基づくツ
リー構造を作る
– これをレンダリングツリーと呼
ぶ
• レンダラにはパイプライン構
造があり、各要素の矩形フ
レーム生成、レンダリングツ
リーの構築、レイアウト、リ
フロー、描画と進む
HTMLElement
HTMLHeadEle
ment
HTMLTitleEle
ment
HTMLMetaEle
ment
…
HTMLBodyEle
ment
Element
…
Element
… …
<html>
<body>
<head>
…
<section>
… …
<html>
<head>
<title> <meta> …
<body>
<header>
…
<section>
… …

GONKについて少し詳しく

Gonk概要
• GonkはOSや低レベル機能を含
む層
• 基礎的なOSとしてはAOSP
Linuxを使っている
• WindowsやLinux、Mac OS Xの
ようなGeckoの移植対象の一
つとして開発されている
Gonk
Daemon
Interfaces
HAL
Drivers
Linux

Gonk概要
• 現状Geckoの移植対象OSの中
では唯一特権的機能にアクセ
スできるため、他のOSでは実
現不可能なAPIなども実装され
ている
• ここからHAL層とAOSP Linux
について少し述べる
Gonk
Daemon
Interfaces
Drivers
Linux
HAL

HAL
• その名の通りハードウェアを
抽象化する層
– GeckoのHALラッパー層で上位に
提供するAPI仕様を満たす制御を
行い、GonkのHAL層はGeckoの
HALラッパーが要求するイン
ターフェイスを提供する
– 多くの場合GeckoのHALラッパー
層で非同期処理の制御を行い、
GonkのHAL層では同期的なAPIを
提供している
Gonk
Daemon
Interfaces
Drivers
Linux
HAL

AOSP Linux
• Android Open Source Projectに
よってホストされているLinux
• GonkはAOSP Linuxから不要な
モジュール (SurfaceFlingerな
ど) を取り除きGeckoの要求す
るHALインターフェイスを実
装したOSである
Gonk
Daemon
Interfaces
HAL
Drivers
Linux

AOSP Linux
• ブートの仕組みはAndroidと同
様にinitがinit.rcを読み込んで記
述にしたがって順次プロセス
を起動する
– Firefox OSの場合はinit.b2g.rcと
いう固有の設定ファイルがinit.rc
から参照されている
– init.b2g.rcの記述にしたがって
Geckoを起動しshell.jsという起動
用のスクリプトをGeckoに処理
させることでFirefox OSを起動す
る
Gonk
Daemon
Interfaces
HAL
Drivers
Linux

全体まとめ
• Firefox OSはGaia、Gecko、Gonkの三層からなる
• Gaiaはユーザの目に触れる部分、ユーザが直接触れる体験
を提供する
• Geckoはデスクトップブラウザにも使われてるエンジン。
ブラウザに必要な機能を一通り備えた (=OSの要件を備え
た) エンジンをミドルウェアとして利用している
• GonkはFirefox OSのために作られたOSコア部分。Geckoの
移植対象OSでもある

さいごに
• ものすごく駆け足でFirefox OSの全体を一攫いしました
• 各部分だけで何セッションかできる骨太機能の集まりなの
でどこを見ても楽しいですよ！
• Firefox OSコミュニティはまだ若い世界です
• あなたも一緒に盛り上げてみませんか？

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