Mobilny system operacyjny Android

Mobilny system operacyjny Android Mobilny system operacyjny Perspektywa historyczna Popularne systemy mobilne Rynek systemów mobilnych Geneza systemu Android Architektura systemu Android Bezpieczeństwo Licencja Interfejs użytkownika Zarządzanie pamięcią Sprzęt Androida Poza smartfonami i tabletami Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 1

Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 2 Mobilny system operacyjny Ø Mobilny system operacyjny (mobile operating system, mobile OS) jest to system operacyjny, który działa na smartfonie, tablecie, PDA lub innym urządzeniu mobilnym. Nowoczesne mobilne systemy operacyjne łączą w sobie cechy systemu operacyjnego komputerów osobistych z cechami takimi jak: dotykowy ekran, łączność komórkowa, Bluetooth, Wi-Fi, nawigacja satelitarna, aparat fotograficzny, kamera wideo, odtwarzacz muzyki, rozpoznawanie głosu, nagrywanie głosu, komunikacja krótkozasięgowa itd. Urządzenia mobilne posiadające możliwości komunikacji mobilnej (np. smartfony) zawierają dwa mobilne systemy operacyjne główna platforma oprogramowania użytkowego jest dopełniana przez niskopoziomowy system operacyjny czasu rzeczywistego, który obsługuje sprzęt.

Perspektywa historyczna 1970-1979: pierwszy telefon mobilny, smartfon i telefon komórkowy. 1979-1992: zastosowanie wbudowanych systemów operacyjnych do zarządzania telefonami mobilnymi. 1993: IBM Simon pierwszy smartfon z ekranem dotykowym, pocztą elektroniczną i cechami PDA. 1996: Palm Pilot 1000 PDA z mobilnym systemem operacyjnym Palm OS. 2000: Symbian pierwszy nowoczesny mobilny system operacyjny dla smarftonów (Ericsson R380). 2002: Microsoft Windows CE dla smarftonów. 2002: pierwszy smartfon BlackBerry. 2007: pierwszy iphone firmy Apple telefon mobilny i komunikator internetowy z systemem ios. 2008: system mobilny Android 1.0 z telefonem HTC Dream. 2010: system mobilny Windows Phone OS. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 3

Popularne systemy mobilne Android firmy Google najpopularniejszy obecnie system operacyjny dla urządzeń mobilnych produkowanych przez różne firmy, większość systemu jest darmowa i o otwartym kodzie źródłowym (open source). ios firmy Apple system operacyjny dla urządzeń mobilnych opracowywanych przez firmę Apple i produkowanych przez jej partnerów, prywatny i o zamkniętym kodzie źródłowym (closed source). Windows Phone firmy Microsoft system operacyjny dla urządzeń mobilnych produkowanych przez firmy Nokia, HTC, Samsung, Huawei, prywatny i o zamkniętym kodzie źródłowym. BlackBerry 10 kolejna generacja systemu dla smartfonów i tabletów firmy BlackBerry, prywatny i o zamkniętym kodzie źródłowym. Firefox OS rozwijany przez Mozilla Foundation, open source na publicznej licencji Mozilli (Mozilla Public License, MPL). Sailfish OS firmy Jolla, open source na licencji GPL. Symbian firmy Nokia, prywatny i closed source, dla niektórych urządzeń firmy Nokia. Tizen rozwijany przez Linux Foundation i wspierany przez różne firmy, m.in. Intel i Samsung, open source, dla szerokiego zakresu urządzeń: smartfony, tablety, smart TV, urządzenia samochodowe itd. Ubuntu Touch OS firmy Canonical, open source na licencji GPL. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 4

Rynek urządzeń mobilnych Ø Procentowy udział różnych systemów mobilnych w światowej sprzedaży smartfonów / wszystkich telefonów w roku 2013: Android: 78,4% / 42% (wzrost) ios: 15,6% / 8.3% (spadek) Windows Phone: 3.2% / 1.7% (wzrost) BlackBerry: 1.9% / 1.0% (spadek). Inne: 0.9% / 0.5% (wzrost). Ø Poziom satysfakcji klientów (Readers Choice Awards) w skali od 0 do 10 według PC Magazine za rok 2013: Windows Phone 8: 9.0 Apple ios: 8.6 Android: 8.1 Windows Phone 7: 8.1 BlackBerry: 7.1 Średnia: 8.2 Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 5

Geneza systemu Android Firmę Android Inc. założyli w październiku 2003 w Palo Alto w Kalifornii Andy Rubin, Rich Miner, Nick Sears i Chris White początkowo celem było opracowanie zaawansowanego systemu operacyjnego dla cyfrowych aparatów fotograficznych, jednak ze względu na ograniczony rynek dla takich urządzeń szybko zmieniono cel przedsięwzięcia na system operacyjny dla smartfonów. 7 sierpnia 2005 firma Google kupiła firmę Android Inc. zatrzymując w niej Rubina, Minera i White a; zespół kierowany przez Rubina rozpoczął prace nad systemem operacyjnym dla urządzeń mobilnych opartym na jądrze Linuksa. 5 listopada 2007 powołano konsorcjum Open Handset Alliance (OHA), w którego skład weszły firmy Google, HTC, Sony, Samsung, Sprint Nextel, T- Mobile, Qualcomm i Texas Instruments jego celem było opracowanie otwartych standardów dla urządzeń mobilnych. Tego samego dnia ogłoszono system Android jako pierwszy produkt OHA dla urządzeń mobilnych oparty na jądrze Linuksa w wersji 2.6.25. 22 października 2008 : HTC Dream pierwszy komercyjny smartfon obsługiwany przez system Android. W roku 2010 Google wypuścił smartfon Nexus One pierwsze urządzenie z linii smartfonów i tabletów o nazwie Nexus obsługiwanych przez system Android. Każde większe wydanie Androida przyjmuje w porządku alfabetycznym nazwę jakiegoś słodkiego deseru lub ciastka, np. Cupcake, Donut, KitKat. Najnowsza wersja Androida: 4.4.3 KitKat, 2 czerwca 2014. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 6

Architektura systemu Android Aplikacje Dom Kontakty Telefon Przeglądarka Środowisko rozwoju aplikacji Zarządca aktywności Zarządca pakietów Zarządca zasobów Zarządca lokalizacji Zarządca telefonii Zarządca powierzchni opengl ES SGL Moduł sterujący wyświetlacza Moduł sterujący USB Biblioteki Środowisko mediów FreeType SSL Moduł sterujący WiFi Moduł sterujący kamery SQLite WebKit Jądro Linux Środowisko czasu wykonania Biblioteki rdzeniowe Maszyna wirtualna Dalvik Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 7 libc Moduł sterujący pamięci flash Moduł sterujący klawiatury Moduły sterujące audio Zarządzanie zasilaniem

Jądro Linux Jądro systemu Android bazuje na gałęzi rozwoju jądra Linux o wsparciu długoterminowym (long-term support LTS). Obecne wersje Androida są zbudowane na jądrze Linux 3.4 lub nowszych faktyczny numer wersji jądra zależy od urządzenia, na którym system jest zainstalowany. Firma Google wprowadza w jądrze Linux systemu Android własne modyfikacje wykraczające poza typowy cykl rozwoju jądra Linux, tak aby dostosować je do potrzeb urządzeń mobilnych, nie wszystkie jednak są włączane do głównego nurtu Linuksa. Pamięć flash urządzeń zarządzanych przez Androida dzielona jest na wiele partycji, w szczególności partycja /system zawiera sam system operacyjny, a partycja /data dane użytkownika oraz instalacje aplikacji. Android jest dystrybucją Linuksa według Linux Foundation. W odróżnieniu od dystrybucji Linuksa dla komputerów biurkowych, Android nie daje użytkownikom urządzeń praw superużytkownika root do systemu operacyjnego oraz wrażliwych partycji. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 8

Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 9 Powyżej jądra Linux Jądro Linux używane w Androidzie jest przede wszystkim do: zarządzania procesami, zarządzania pamięcią, obsługi sprzętu przy użyciu modułów sterujących urządzeń (device drivers), zarządzania zasilaniem (power management). Powyżej jądra Linux znajdują się: oprogramowanie pośredniczące (middleware), biblioteki i interfejsy API napisane w języku C, oprogramowanie aplikacji wykonywane w środowisku aplikacji, które zawiera biblioteki kompatybilne z system Java oparte na Apache Harmony (wolna, o otwartym kodzie źródłowym implementacja Javy rozwijana przez Apache Software Foundation). Zbiór bibliotek dostępnych dla aplikacji Androida zawiera środowisko do rozwoju przeglądarek internetowych (WebKit), obsługę baz danych (SQLite), multimediów itd.

Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 10 Maszyna wirtualna Dalvik Projektanci oprogramowania aplikacji dla urządzeń Androida tworzą aplikacje w języku Java. Jednakże zamiast używania standardowego API Javy, Google stworzył odrębne API Androida do programowania aplikacji Javy. Pliki klas Javy są najpierw kompilowane do bajtokodu Javy, a następnie tłumaczone (translate) do kodu wykonawczego, zwanego dex-code, który może być uruchamiany na maszynie wirtualnej Dalvik. Maszyna wirtualna Dalvik została zaprojektowana dla Androida i zoptymalizowana dla urządzeń mobilnych z ograniczonymi zasobami pamięci i możliwościami CPU. Maszyna wirtualna Dalvik wraz ze zbiorem bibliotek rdzeniowych (core libraries) wchodzą w skład środowiska czasu wykonania Androida (Android Runtime).

Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 11 Biblioteki języka C Google opracował dedykowaną dla Androida standardową bibliotekę C o nazwie Bionic jest ona pochodną standardowej biblioteki C systemu UNIX BSD. Ma wiele cech specyficznych dla jądra Linux i jest rozwijana niezależnie od reszty podstawowych składowych Androida. Ma inny model licencjonowania niż biblioteka glibc (GNU C Library). Jest znacznie mniejsza od standardowej biblioteki C. Została zoptymalizowana dla wolniejszych procesorów. Android nie zawiera domyślnie uniksowego systemu okienkowego X Window System, ani pełnego zbioru standardowych bibliotek GNU. Android Native Development Kit od wersji r5 obsługuje aplikacje napisane w całości w języku C lub C++, co umożliwia m.in. przenośność istniejących aplikacji czy bibliotek Linuksa do Androida.

Bezpieczeństwo Android uruchamia aplikacje w środowisku sandbox będącym wyizolowanym obszarem systemu, który nie ma dostępu do reszty zasobów systemowych, chyba że użytkownik jawnie ustanowi odpowiednie prawa dostępu w czasie instalowania aplikacji. Przed zainstalowaniem aplikacji Google Sklep Play (baza danych aplikacji Androida) wyświetla wymagane prawa dostępu użytkownik może je zaakceptować i zainstalować aplikację lub je odrzucić, wówczas aplikacja nie zostanie zainstalowana. Składowa Androida o nazwie Android Verify Apps jest uruchamiana w tle w celu wykrywania i usuwania złośliwego oprogramowania. Obecnie Google używa programu o nazwie Google Bouncer do śledzenia złośliwego oprogramowania w Sklepie Play oznacza on specjalną flagą podejrzaną aplikację i ostrzega użytkowników o potencjalnych zagrożeniach związanych z jej instalacją. Kilka firm produkuje już oprogramowanie antywirusowe na urządzenia obsługiwane przez Androida. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 12

Licencja Kod źródłowy Androida jest otwarty (open source) rozwijany jest prywatnie przez firmę Google i udostępniany publicznie kiedy pojawia się nowa wersja systemu Android. Google publikuje większość kodu na licencji Apache w wersji 2 (non-copyleft Apache License version 2), która pozwala na jego modyfikację i redystrybucję. Licencja ta nie daje praw do znaku towarowego (trademark) Android, dlatego producenci urządzeń i operatorzy telefonii komórkowej muszą podpisywać z firmą Google prywatne kontrakty licencyjne. Chociaż sam Android jest oprogramowaniem o otwartym kodzie źródłowym, to większość urządzeń Androida jest dostarczana z dużą ilością prywatnego oprogramowania, takiego jak Google Mobile Services (zawiera m.in. Google Play Store, Google Search, Google Play Services) za te aplikacje producenci urządzeń muszą wnosić opłatę licencyjną firmie Google i stosować się do reguł kompatybilności i innych wymagań zawartych w Android Compatibility Definition Document. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 13

Interfejs użytkownika Domyślny interfejs użytkownika systemu Android jest oparty na bezpośredniej manipulacji przy użyciu dotykowego wejścia, które przypomina gesty z rzeczywistego świata, takie jak dotykanie, przesuwanie, obracanie, stukanie, ściskanie, rozciąganie, a ponadto korzysta z wirtualnej klawiatury. Po uruchomieniu urządzeń Androida pojawia się ekran domowy (homescreen), który jest podobny do pulpitu (desktop) komputerów. Ekran domowy zawiera ikony aplikacji oraz widżety (widgets) ikony służą do uruchamiania odpowiednich aplikacji, a widżety wyświetlają na żywo samouaktualniającą się zawartość, np. prognozę pogody, skrzynkę poczty elektronicznej, wiadomości itd. Ekran domowy może składać się z wielu stron, które użytkownik może przewijać w przód i w tył. Użytkownik może zmieniać wygląd ekranu domowego według własnego gustu, uznania itp. Wielu producentów sprzętu dostosowuje wygląd i odbiór swoich wersji Androida tak by odróżnić swoje urządzenia od konkurencji. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 14

Zarządzanie pamięcią Ponieważ urządzenia Androida są zwykle zasilane bateryjnie, Android został zaprojektowany do takiego zarządzania pamięcią RAM, by utrzymywać minimalne zużycie energii. Kiedy aplikacja Androida nie jest używana, to system automatycznie zawiesza ją w pamięci jest ona ciągle otwarta, ale dzięki przebywaniu w stanie zawieszenia nie zużywa zasobów, tylko siedzi bezczynnie w tle aż do momentu ponownego użycia. Zawieszanie nieużywanych aplikacji nie tylko obniża zużycie energii, ale też poprawia ogólną interakcyjność urządzeń (krótszy czas odpowiedzi). Android automatycznie zarządza aplikacjami przechowywanymi w pamięci: kiedy jest mało pomięci, to system zaczyna zamykanie aplikacji i procesów, które nie były aktywne przez dłuższą chwilę w porządku odwrotnym do ostatniego ich użycia (algorytm LRU). Powyższy proces jest zaprojektowany tak by był niewidoczny dla użytkownika, zatem użytkownik nie musi sam zarządzać pamięcią czy zamykać aplikacji. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 15

Sprzęt Androida Główną platformą sprzętową dla systemu Android jest 32-bitowa architektura ARMv7. Projekt Android-x86 dostarcza wsparcie dla architektury x86, a Google TV używa specjalnej wersji x86 Androida. Od roku 2012 procesory firmy Intel zaczęły się pojawiać w coraz większej liczbie głównych platform Androida, takich jak telefony. Dla obecnych wersji Androida rekomendowane jest co najmniej 512 MB pamięci RAM i wymagane są procesory ARMv7, MIPS lub x86 wraz z procesorami graficznymi (GPU) kompatybilnymi z OpenGL ES 2.0. Urządzenia Androida zawierają wiele opcjonalnych elementów sprzętowych, m.in. aparaty fotograficzne, kamery wideo, nawigacja GPS, czujniki orientacji, dedykowane kontrolery gier, akcelerometry, żyroskopy, barometry, magnetometry, czujniki ciśnienia, termometry, ekrany dotykowe. Dotąd aktywowano ponad 1 miliard urządzeń Androida. W sklepie Google Play opublikowano ponad 1 milion aplikacji. Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 16

Poza smarfonami i tabletami Otwarta i elastyczna natura Androida sprawia, że może być on używany do sterowania różnorodymi urządzeniami elektronicznymi, a nie tylko smartfonami i tabletami: Laptopy, netbooki, smartbooki. Inteligentna telewizja (Google TV) i kamery (np. Galaxy Camera). Inteligentne okulary (Google Glass), inteligentne zegarki, słuchawki. Samochodowe odtwarzacza CD/DVD, lusterka. Przenośne odtwarzacze multimedialne. Telefony VoIP. Konsole do gier wideo. W roku 2011 Google zademonstrował Android@Home technologię automatyki domowej, która używa Androida do sterowania szeregiem urządzeń gospodarstwa domowego, takich jak kontakty do oświetlenia, gniazdka elektryczne, termostaty itd. v System Android jest ciągle na fali wzrostowej, jeżeli chodzi o liczbę obsługiwanych urządzeń, jak i ich różnorodność! Ø Jak długo to potrwa? Trudno dziś powiedzieć! Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 15 17

Wiesław Płaczek Systemy Operacyjne: Wykład 14 18 Zagadnienia 1. Co to jest mobilny system operacyjny? Omówić historię, popularność i rynek urządzeń oraz systemów mobilnych. 2. Przedstawić genezę systemu Android oraz scharakteryzować jego architekturę. 3. Z czego wywodzi się jądro systemu Android, jak odbywa się jego rozwój i jakie są jego podstawowe zadania? 4. Omówić główne składowe systemu Android znajdujące się w warstwach powyżej jądra. 5. Jak rozwiązywane są problemy bezpieczeństwa w systemie Android? Przedstawić kwestie licencji Androida. 6. Omówić interfejs użytkownika oraz zarządzanie pamięcią w systemie Android. 7. Jakie architektury sprzętowe obsługuje Android i do jakich urządzeń może być używany?