Mobilné operačné systémy

Mobilné operačné systémy
 
1 Úvod
Pojem operačný systém patrí v dnešnej dobe plnej techniky k veľmi rozšíreným. Tak ako v iných odvetviach informatických technológií, aj pri prenosných zariadeniach platí, že sa stávajú výkonnejšími a menšími. Nové výkonné zariadenia ako mobilné telefóny často označované ako tzv. chytré telefóny, smartfóny, alebo tablety majú často podobné technické parametre ako klasické stolné počítače pred pár rokmi. Takmer všetky využívajú operačné systémy ktoré boli donedávna výsadou len klasických počítačov.
V mojej práci by som vás chcel stručne oboznámiť s históriu, vývojom na trhu ale hlavne so samotnými operačnými systémami, s ich hlavnými znakmi a ich architektúrou.  

2 Všeobecná charakteristika
Operačný systém (OS) je softvér, ktorý spravuje zdroje zariadenia a poskytuje programátorom rozhranie na prístup k týmto zdrojom. Operačný systém tiež spracúva systémové dáta a vstupy od používateľa a odpovedá alokovaním a spravovaním úloh a interných zdrojov počítača ako služby pre užívateľa. OS vykonáva základné úlohy ako kontrola a alokovanie pamäte, pridelenie priority systémovým požiadavkám, kontrola vstupných a výstupných zariadení, umožnenie pripojenia do siete a správa súborov. Operačné systémy môžeme nájsť takmer vo všetkom, čo obsahuje integrované obvody, od osobných počítačov, cez internetové servery, mobilné telefóny, hudobné prehrávače, routre, switche, herné konzoly, digitálne kamery, až po šijacie stroje či teleskopy. Moderné mobilné operačné systémy spájajú a využívajú funkcie počítačov s prvkami typickými pre inteligentné zariadenia ako napríklad dotykový displej, GPS navigácia alebo videokamera. Medzi najvyužívanejšie patria Android, iOS, Symbian, Windows Phone 7 alebo BackBerry OS.

3 Podiel OS na trhu
Do roku 2006 bolo celosvetovo predaných len 64 miliónov smartfónov. Dnes je to takmer 700 000 miliónov. Podielom na trhu sú najvýraznejšie mobilné operačné systémy Android, iOS, Symbian, BlackBerry a WindowsPhone. Graf s vývojom podielu OS na trhu si môžete pozrieť v prílohách.
Štatistiky ukázali že až 54% dát prenesených mobilnými sieťami prenesú používatelia iOS, 17% používatelia Androidu, 5% Symbianu a 3 % BlackBerry.  Avšak operačný systém Android z dôvodov lepšej kompatibility  dovoľuje používateľom zmeniť svoju identifikáciu na iOS a to tieto štatistiky výrazne ovplyvňuje.
 
4 Android
Android je rozsiahla open source platforma. Zahŕňa v sebe operačný systém (založený na jadre Linux), middleware, používateľské rozhranie a aplikácie. Vyvíja ho konzorcium Open Handset Alliance, ktorého cieľom je progresívny rozvoj mobilných technológií, ktoré budú mať výrazne nižšie náklady na vývoj a distribúciu, a zároveň spotrebiteľom prinesú inovatívne používateľsky prívetivé prostredie. Pri vývoji systému boli brané do úvahy obmedzenia, ktorými disponujú klasické mobilné zariadenia ako výdrž batérie, menšia výkonnosť a málo dostupnej pamäte. Zároveň bolo jadro Androidu navrhnuté pre prácu na rôznom hardvéri. Systém tak môže byť použitý bez ohľadu na chipset, veľkosť či rozlíšenie obrazovky. Samotná platforma Android dáva k dispozícii nielen operačný systém s používateľským prostredím pre koncových používateľov, ale aj kompletné riešenie nasadenia operačného systému (špecifikácia ovládačov a pod.) pre mobilných operátorov a výrobcov zariadení a v neposlednom rade pre vývojárov aplikácií poskytuje efektívne nástroje pre ich vývoj - Software Development Kit.

4.1 Architektúra
Android je rozdelený do 5 vrstiev. Každá vrstva má svoj účel a nemusí byť priamo oddelená od ostatných vrstiev.

4.1.1Jadro operačného systému
Najnižšou vrstvou architektúry je jadro operačného systému, ktoré tvorí abstraktnú vrstvu medzi používaným hardvérom a zvyškom softvéru vo vyšších vrstvách. Jadro systému Android je postavené na Linuxe vo verzii 2.6. Využíva mnoho jeho vlastností, ako sú podpora správy pamäte, správa sietí, zabudované ovládače, správa procesov alebo súbežný beh aplikácií, ktoré bežia ako samostatné procesy s prioritou stanovenou systémom. Táto vlastnosť prispieva k stabilite a tiež ochrane systému. Naopak systém nepodporuje grafické používateľské rozhranie X Window System a ani úplnú sadu GNU knižníc. Dôvodom použitia jadra Linux bola tiež vlastnosť pomerne jednoduchej kompilácie na rôznych zariadeniach a tým zaručená prenositeľnosť.
 
4.1.2 Knižnice
Ďalšou vrstvou sú knižnice, ktoré sú napísané v C/C++ kóde a využívajú ich rôzne časti systému. Tieto funkcie sú vývojárom poskytnuté prostredníctvom Android Application Framework.
 
4.1.3 Android Runtime layer
Vrstva android Runtime obsahuje aplikačný virtuálny stroj zvaný Dalvik, ktorý bol vyvíjaný od roku 2005 špeciálne pre Android, tímom v Googlu pod vedením Dana Bornsteina . Dalvik Virtual Machine (DVM) je registrovo orientovaná architektúra, využíva základné vlastnosti linuxového jadra, ako je správa pamäte alebo práca s vláknami. Vznik nového virtuálneho stroja bol iniciovaný z dvoch dôvodov. Prvým dôvodom boli licenčné práva, keď jazyk Java a jeho knižnice sú voľne šíriteľné, zatiaľ čo JVM nie je. Ďalším dôvodom bola optimalizácia virtuálneho stroja pre mobilné zariadenia a to predovšetkým v oblasti pomeru úspory energie a výkonu. V tejto vrstve sú tiež obsiahnuté základné knižnice programovacieho jazyka Java. Knižnice sa svojím obsahom blížia platforme Java Standard Edition. Hlavný rozdiel je v neprítomnosti knižníc pre užívateľské rozhranie (AWT a Swing), ktoré boli nahradené knižnicami užívateľského rozhrania pre Android alebo pridanie knižnice Apache pre prácu so sieťou. Preklad aplikácie napísanej pre Android prebieha skompilovaním zdrojového Java kódu do Java byte kódu pomocou rovnakého kompilátora, ako sa používa v prípade prekladu Java aplikácií. Potom sa prekompiluje Java byte kód pomocou Dalvik kompilátora a výsledný Dalvik byte kód je spustený na DVM. Každá spustená Android aplikácie má svoj vlastný proces s vlastnou inštanciou DVM.

4.1.4 Application framework layer
Vrstva application framework je pre vývojárov najdôležitejšia. Poskytuje prístup k veľkému počtu služieb, ktoré môžu byť použité priamo v aplikáciách. Tieto služby môžu sprístupňovať dáta v iných aplikáciách, prvky používateľského rozhrania, upozorňovací stavový riadok, aplikácie bežiace na pozadí, hardvér používaného zariadenia a mnoho ďalších služieb a funkcií. Základná sada služieb zahŕňa predovšetkým:
•  Sada prvkov View - tieto prvky sú použité pre zostavenie používateľského rozhrania ako zoznamy, textové pole, tlačidlá, checkboxy a iné.
•  Content providers - umožňuje prístup k obsahu (napr. kontakty) iných aplikácií.
•  Resource manager - poskytuje prístup k "nekódovým" zdrojom, ako sú reťazce, grafika, pridané súbory.
•  Notification manager - umožňuje všetkým aplikáciám zobraziť vlastné upozornenie v stavovom riadku.
•  Activity manager - riadi životný cyklus aplikácií a poskytuje orientáciu v zásobníku s aplikáciami.

4.1.5 Vrstva základných aplikácií
Najvyššiu vrstvu systému tvoria základné aplikácie, ktoré využívajú bežný používatelia. Môže ísť o aplikácie predinštalované alebo dodatočne stiahnuté z Android Marketu. Napríklad e-mailový klient, SMS program, kalendár, mapy, prehliadač, kontakty a ďalšie aplikácie aj od "tretích" strán.
 
5 iOS
iOS je mobilný operačný systém vytvorený spoločnosťou Apple Inc. Pôvodne bol určený pre mobilné telefóny iPhone, neskôr sa však začal používať aj na ďalších mobilných zariadeniach tejto firmy, na  iPode Touch, iPade a najnovšie na Apple TV.

Názov iOS sa používa až od štvrtej generácie tohto systému. Do vtedy bol oficiálne nazývaný iPhone OS. Ihneď po zverejnení nového názvu iOS bola na Apple podaná žaloba od spoločnosti Cisco Systems , ktorá tento názov používala pre označenie softwaru na svojich routroch.

5.1 Architektúra
iOS je odľahčenou verziou operačného systému Mac OS X, používaného v počítačoch spoločnosti Apple. Ide  teda o systém UNIXového typu. Keďže  je určený pre mobilné zariadenia, neobsahuje kompletnú  funkcionalitu OS X, na druhou stranu ale pridáva podporu dotykového ovládania. Systém sa delí na štyri základné vrstvy, ktoré zaisťujú základnú funkčnosť a poskytujú vývojárom API a frameworky potrebné k vývoju aplikácií.

5.1.1 Vrstva Cocoa Touch
Táto vrstva obsahuje najdôležitejšie frameworky pri vývoji aplikácií. Technológie dostupné v tejto vrstve poskytujú infraštruktúru pre implementáciu grafického rozhrania aplikácie a interakciu s užívateľom a poskytuje vysokoúrovňové systémové služby. Pri vývoji aplikácií je vhodné začínať práve s touto vrstvou a nižšie používať len v prípade potreby.

Vysokoúrovňové služby Cocoa Touch
Multitasking
Až do verzie iOS 4.0 nebolo možné využívať aplikácie ktoré by bežali na pozadí.. Stlačenie tlačítka Home vyvolalo ukončenie aplikácie. iOS 4.0 síce nepriniesol možnosť plnohodnotného behu na pozadí, avšak poskytuje služby, ktoré umožňujú niektoré činností, i keď aplikácia nebeží na popredí.
Ochrana dát
Aplikácie, ktoré ukladajú citlivé dáta, môžu využívať podporu šifrovania. Ak aplikácia označí súbor ako chránený, systém ho automaticky ukladá na disk v zašifrovanej podobe.
Push notifikácie
Od verzie 3.0 umožňuje iOS posielanie tzv. push notifikácií. Tento mechanizmus umožňuje upozorňovať užívateľa na nové informácie, bez toho aby musela byť daná aplikácia práve spustená. Iniciovať odoslanie push notifikácie musí server výrobcu aplikácie, ktorý následne komunikuje so servermi spoločnosti Apple, ktoré sa pokúsia o doručenie na mobilné zariadenie  pomocou jeho unikátneho identifikátoru.
Lokálne notifikácie
Verzie iOS 4 a vyššie doplňujú mechanizmus push notifikácií o tzv. lokálne notifikácie. Tie nevyžadujú žiadne pripojenie k serveru a údaje o notifikáciách ukladajú lokálne.
Rozpoznávanie gest
Od verzie 3.2 existuje možnosť systémového rozpoznávania definovaných gest. Je možné nadefinovať rozpoznávanie vlastných gest.
Zdieľanie súborov
Aplikácie môžu poskytnúť prístup k dátam pomocou programu iTunes.
Peer to peer
Od verzie 3.0 je možné používať peer-to-peer konektivitu medzi zariadeniami pomocí technológie Bluetooth.
 
5.1.2 Media layer
Táto vrstva umožňuje vytváranie graficky a zvukovo prepracovaných aplikácií. Tieto technológie umožňujú plynulé prehrávanie animácií, videí a zvukov.
 
5.1.3 Core Services layer
Vysokoúrovňové služby poskytované Core Services
Block objekty
Ide o jazykový konštrukt jazyka C, ktorý je možné používať v C alebo Objective-C kódu.
 Lokalizačné služby
Umožňujú sledovať aktuálnu polohu užívateľa. Služby využívajú k určeniu polohy dostupný hardware (Wi-Fi, telefónna sieť, GPS).
SQLite
Odľahčená SQL databáza umožňuje ukladanie užívateľských dát.
Podpora XML
Podpora pre spracovanie XML dokumentov.

5.1.4 Vrstva Core OS
Vrstva Core OS poskytuje nízkoúrovňové funkcie ostatným technológiám, ktoré sú na nej postavené. Aj keď nie sú väčšinou v aplikáciách využívané priamo, využívajú ich vysokoúrovňové komponenty systému.

6 Windows Phone 7
Windows Phone 7 je operačný systém pre mobilné telefóny vyvinutý firmou Microsoft, jeho predchodcom bol Windows Mobile.  Windows Phone 7 obsahuje grafické používateľské rozhranie s dizajnovým jazykom pod názvom Metro, spája operačný systém s treťou stranou a inými servisnými službami Microsoftu a plánuje kontrolovať, ktorý hardvér bude podporovať.
 
7 Symbian
Symbian je otvorený operačný systém pre smartphony, do ktorého môže užívateľ doinštalovávať aplikácie. Existuje niekoľko sérií podľa typu prístroja, v ktorom je inštalovaný. Symbian sa dnes používa predovšetkým na „múdrych telefónoch“  značky Nokia. Kedysi sa používal aj vo vreckových počítačoch Psion (je nasledovníkom systému EPOC). Za používanie Symbianu v mobilných zariadeniach musia spoločnosti odvádzať paušálny poplatok za každý predaný kus. Najnovšie verzie : Symbian Anna, Symbian Belle.
 
8 BlackBerry OS (RIM)
BlackBerry OS je operačný systém, vyvinutý firmou Research In Motion (RIM) pre ich smartfóny BlackBerry. Systém podporuje multitasking a viacero špecializovaných vstupných zariadení ako trackwheel, trackball a posledno dobou trackpad a touchscreen. Platforma BlackBerry je pravdepodobne najviac preslávená svojou implicitnou podporou firemnej korešpondencie. Vďaka technológií ktorá podporuje kompletnú bezdrôtovú aktiváciu a synchronizáciu e-mailov, úloh, kalendára, poznámok a kontaktov cez Microsoft Exchange, IBM Lotus Domino alebo Novell GroupWise.

9 Záver
V poslednom desaťročí prenosné zariadenia ako smartfóny zažili obrovský pokrok či už po hardwarovej alebo softwarovej stránke. Kvalitné operačné systémy sú už neoddeliteľnou súčasťou mobilných zariadení. Sú navrhnuté pre pohodlné intuitívne ovládanie a do veľkej miery spríjemňujú a uľahčujú prácu s prenosnými zariadeniami. Práve tieto systémy robia tzv. „gadgety“ takými obľúbenými a aj prakticky využiteľnými. Príchodom tabletov sa ich možnosti využitia značne zvýšili. Dnes tieto systémy poskytujú široké možnosti a väčšinu činností ktoré človek každodenne vykoná na PC je možné vykonať aj pomocou prenosných zariadení. V tejto práci som sa vás oboznámil s najpoužívanejšími operačnými systémami v tejto oblasti, z ich stručnou charakteristikou a v prípadoch Androidu a iOS aj podrobnejšiu analýzou častí týchto systémov. Pri písaní práce som sa dozvedel mnoho zaujímavých informácií ktoré v budúcnosti môžem využiť napríklad aj pri kúpe nového smartfónu.