Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknistaloudellinen tiedekunta Tietotekniikan koulutusohjelma CT50A2601 Käyttöjärjestelmät: seminaarityö Olli Kytömäki, Kajo Laine, Risto Lappi ja Anna-Katarina Rehnman 0310715 0310731 0342848 0222670 IPAD Työn tarkastaja: Työn ohjaaja: Heikki Kälviäinen Heikki Kälviäinen
TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknistaloudellinen tiedekunta Tietotekniikan koulutusohjelma Heikki Kälviäinen IPAD Seminaarityö 2010 25 sivua, 4 kuvaa, 1 taulukko Työn tarkastaja: Professori Heikki Kälviäinen Hakusanat: Apple, ipad, ios, taulutietokone, Android Keywords: Apple, ipad, ios, tablet, Android Tämä työ käsittelee Applen julkaisemaa ipad taulutietokonetta ja sen ios käyttöjärjestelmää. ipad on kymmenen tuuman kosketusnäytöllä varustettu monitoimilaite, joka tukee langattomia tietoliikenneyhteyksiä ja jolle on saatavilla tuhansia sovelluksia sähköisestä Apple Store markkinapaikasta. Työssä avataan ensin ipad taulutietokoneen teknisiä ominaisuuksia ja käyttöjärjestelmän toimintaperiaatetta. Lopuksi ios käyttöjärjestelmää verrataan Androidiin ja tehdään vertailua kilpailevan laitteen, Samsung Galaxy Tabin, välillä. ii
ABSTRACT Lappeenranta University of Technology Faculty of Technology Management Degree Program in Information Technology Heikki Kälviäinen IPad Seminar Report 2010 25 pages, 4 figures, 1 table Examiner : Professor Heikki Kälviäinen Keywords: Apple, ipad, ios, tablet, Android This seminar paper is based on researching Apple s new ipad tablet computer and its operating system, ios. IPad has a 10 inch touch screen and it supports multiple wireless communication standards. Thousands of applications are available for ipad users through Apple Store, which is an electronic application marketplace. Later on we will discover ipad s hardware capabilities and the basics of the ios operating system logic. Finally we will compare ipad and ios operating system with a competing product, Samsung Galaxy Tab, running Android operating system. iii
SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO...3 1.1 TAUSTA...3 1.2 TAVOITTEET JA RAJAUKSET...3 1.3 TYÖN RAKENNE...3 2 IPAD...4 2.1 MIKÄ ON IPAD?...4 2.2 TEKNISET TIEDOT...4 2.3 LIITÄNNÄT, HALLINTAPAINIKKEET JA LISÄVARUSTEET...5 2.4 OHJELMAT IPADILLE...6 3 IOS KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ...7 3.1 KÄYTTÖJÄRJESTELMÄT...7 3.2 KÄYTTÖJÄRJESTELMIEN TEHTÄVÄT...7 3.3 KÄYTTÖJÄRJESTELMIEN KEHITYS...8 3.4 IOS KÄYTTÖJÄRJESTELMÄN ESITTELY...9 3.5 IOS-KÄYTTÖJÄRJESTELMÄN TEKNOLOGIAKERROSMALLI...9 3.5.1 Core OS... 10 3.5.2 Core Services... 11 3.5.3 Media... 12 3.5.4 Cocoa Touch... 13 4 IOS VERSUS ANDROID KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ...14 4.1 ANDROID KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ...14 4.2 ANDROIDIN ARKKITEHTUURI...15 4.3 ARKKITEHTUURIEN MERKITTÄVIMMÄT EROT...16 4.4 SOVELLUSTEN MERKITTÄVIMMÄT EROT KÄYTTÖJÄRJESTELMISSÄ...16 5 IPAD VS GALAXY TAB...18 5.1 ULKOISTEN OMINAISUUKSIEN EROT...18 5.2 SOVELLUSTEN EROT...20 5.3 MUUT EROT...20 6 YHTEENVETO...21 LÄHTEET...22 1
SYMBOLI- JA LYHENNELUETTELO ARM BLUETOOTH EDGE 3G GSM HSDPA HTTP I/O IPS RISC SIM UMTS VM WAP WLAN Advanced RISC Machines Avoin standardi langattomaan kommunikointiin Enhanced Data rates for Global Evolution Kolmannen sukupolven matkapuhelinteknologia Global system for mobile communications High-Speed Downlink Packet Access Hypertext Transfer Protocol Input/Output In-plane-switching tekniikka Reduced Instruction Set Computer Subscribe Identity Module Universal Mobile Telecommunications System Virtual Machine Wireless Application Protocol Wireless Local Area Network 2
1 JOHDANTO 1.1 Tausta Tämän raportin tavoitteena on kertoa uudesta taulutietokoneesta nimeltä ipad. Laitteen olemassa olo julkistettiin tammikuussa 2010. Tämä uusi taulutietokone oli tarkoitus asemoida markkinoille uutena tuoteryhmänä kannettavien tietokoneiden ja älypuhelinten välimaastoon. I Padia on ollut myynnissä Yhdysvalloissa huhtikuusta lähtien. Australiassa Ranskassa, Kanadassa, Espanjassa, Italiassa, Isossa-Britanniassa, Sveitsissä ja Japanissa. ipadia on myyty toukokuusta lähtien. Pohjoismaissa sitä on ollut myynnissä ainakin Tanskassa. Suomessa ipad on myynnissä kaupoissa syksyllä 2010. Laite on saanut osakseen sekä myönteistä palautetta että kritiikkiä. Työelämässä olevien ammattilaisten ja liikemiesten mielestä ipad on liian rajoittunut verrattuna kannettavaan henkilökohtaiseen tietokoneeseen. Toiset potentiaaliset asiakkaat ovat kritisoineet ipadin kokoa liian suureksi ja painavaksi verrattuna älypuhelimiin. 1.2 Tavoitteet ja rajaukset Tavoitteena työssä on esitellä ipadia laitteena ja sen käyttöjärjestelmää. Työn luettua lukijalla on kattava kuva käyttöjärjestelmän toiminnasta ja laitteen ominaisuuksista. Rajaamme tarkastelusta pois kolmansien osapuolien ipad sovellukset ja palvelut ja keskitymme vain Applen tuotteen tarjoamaan toimituslaajuuteen. Käsittelemme katsauksen lailla tärkeimmät ios käyttöjärjestelmän sovelluskehittäjille tarjoamat kirjastot ja teknologiakerrokset. Vertailemme ipadia vain yhteen kilpailevaan tuotteeseen Samsung Galaxy Tabiin. 1.3 Työn rakenne Luvussa 2 käsitellään yleistä perustietoa ipadistä, kuten laitteistoa, liitäntöjä ja lisävarusteita. Luvussa kolme käsitellään käyttöjärjestelmää sen rakennetta ja tehtäviä kuten laitteiston hallintaa, tiedostojärjestelmää, muistinhallintaa ja verkkoprotokollaa. Luvussa neljä ja viisi vertaillaan ipadia ja sen käyttöjärjestelmää kilpailevaan laitteeseen sekä esitetään kritiikkiä. 3
2 IPAD 2.1 Mikä on ipad? IPad Applen valmistama ja markkinoille vuonna 2010 tuoma kosketusnäytöllinen taulutietokone, joka on pienempi kuin kannettavat pc:t, mutta suurempi kuin älypuhelimet. IPad on tuoteperheen nimi, johon on saatavilla lisävarusteita ja ohjelmia Apple kaupasta, mutta myös kolmansien osapuolten sovellukset iphone SDK-sovelluskehitystyökalujen avulla ovat mahdollisia. Sdk:n (ios SDK 4.1) avulla on mahdollista kehittää natiiveja ohjelmia ipodille ja itouchille. [1][2] 2.2 Tekniset tiedot IPad taulutietokone on mitoiltaan 24,3 senttimetriä korkea, 19,0 senttimetriä leveä ja 1,3 senttimetriä paksu. Siitä on myytävänä kaksi mallia sekä pelkkä WLAN:n eli langattomalla yhteydellä varustettu malli että WLAN (Wireless Local Area Network) ja 3G (Third Generation) verkko-ominaisuuksilla varustettu malli. Langattomuuden mahdollistaa ensimmäisessä WLAN (802.11 a/b/g/n) ja Bluetooth (2.1, EDR-tekniikalla). WLAN langaton lähiverkkoteknologia, jonka avulla voidaan erilaiset verkkolaitteet yhdistää ilman kaapelia. Bluetooth on puolestaan avoin standardi laitteiden langattomaan kommunikointiin lähietäisyydellä, ja on lyhyen kantaman radiotekniikkaan perustuva langaton tiedonsiirtotekniikka, jonka tarkoituksena on korvata kaapelit. Bluetoothilla korvataan myös infrapunayhteyksiä, koska se on toimintavarmempi ja monipuolisempi siirtotekniikka eikä tarvitse esimerkiksi optista kontaktia yhteyslaitteiden välillä. Bluetooth-teknologia mahdollistaa myös yhteyslaitteiden autentikoinnin ja tiedonsalauksen eli kryptauksen. Jälkimmäisessä mallissa on myös 3G:llä eli kolmannen sukupolven teknologialla varustetussa mallissa, langattoman WLAN:n ja Bluetoothin lisäksi laitteen käytössä on sekä GSM-verkko että UMTS-verkko. GSM-verkko, on täysin digitalisoitu toisen polven matkapuhelinverkko, joka mahdollistaa puheluiden lisäksi datapuhelut, teksti- ja lyhytviestit. GSM käyttää pakettidatapalveluja WAP (Wirless Application Protocol) tai Internet -yhteyksillä. WAP:lla tarkoitetaan langattomien sovellusten protokollaa, jonka 4
avulla voidaan matkapuhelimella käyttää Internet-sivuja. Tiedonsiirtoprotokollana WAP:ssa on joko http:ta (Hypertext transfer protocol). GSM-verkkoon pääsee EDGEstandardilla. EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) on matkapuhelinten pakettikytkentäiseen tiedonsiirtoon suunniteltu tekniikka, joka hyödyntää GPRStekniikkaa, joka on GSM-verkkojen tiedonsiirtostandardi. UMTS-verkkoon, joka GSMverkon seuraaja, pääsee HSDPA (High Speed Downlink Package Access) mikro sim kortilla eli mikrosirun sisältävällä älykortilla. HSDPA:n etuna on nopeampi siirtonopeus lataukseen ja myös verkkoon päin. UMTS-verkon datapalvelut ovat nopeampia kuin GSMverkon. Sekä UMTS-verkolla että GSM-verkolla on käytössä kolme eri taajuusaluetta Euroopassa. [3] Pelkällä WLAN versiolla varustetulla taulutietokoneella on painoa 680 grammaa, ja sekä WLAN:lla että 3G verkolla varustetulla taulutietokoneella 730 grammaa. Taulutietokoneen näyttö on lävistäjältään 9,7 tuumainen (20 x 15 cm) LED-taustavalaistu kosketusnäytöllinen (Multi Touch) laajakuvanäyttö. Kosketusomaisuuden siinä mahdollista IPS (in-plane switching) näyttötekniikka. Näytön tarkkuus on 1024 x 768 pikseliä. [3] IPadissa on 1 GHZ:n Cortex A8 ARM -pohjainen vähän virtaa kuluttava Apple A4- järjestelmäpiiri. ARM (Advanced RISC Machines) on 32-bittistä mikroprosessoriarkkitehtuuria. RISC (Reduced Instruction Set Computer) arkkitehtuuri käytetään mm. kämmenmikrojen, matkapuhelinten ja erilaisten sulautettujen järjestelmien suorittimissa. Se on tietokoneiden suoritusarkkitehtuurien suunnittelufilosofia, jossa konekielen käskyt on pyritty pitämään yksinkertaisina ja nopeasti vakioajassa suoritettavina. Cortex A8 sisältää haarautumisenennustuksen, joka on käytössä mm. iphone 3 GS:ssä ja Nokia N900:ssa. [3] [4] 2.3 Liitännät, hallintapainikkeet ja lisävarusteet Liitäntä ipadissa on telakkaliitäntä, jossa on ulkoiset portit sisääntuloon ja ulostuloon. IPadissä on sisäinen kaiutin ja mikrofoni.. Siinä on myös kahdeksan erilaista tuettua äänimuotoa (AAC, Mp3 jne.). Lisäksi siinä on stereokuulokeliitäntä. Hallintapainikkeita ovat koti-painike, lukituspainike, näytön käännön lukituspainike, 5
äänenvoimakkuuspainikkeet sekä monikosketusnäyttö, jota koskettamalla hallitaan taulutietokonetta. IPadin on saatavilla maksusta myös erillinen näppäimistötelakka, joka helpottaa kirjoittamista, jos ei halua kirjoittaa virtuaalinäppäimistöllä. IPadiin on ostettavissa erillinen kameraliitäntäpaketti, jolla voi siirtää valokuvia ja videoita digitaalikamerasta. [3] 2.4 Ohjelmat ipadille Applen ipadin sivujen mukaan ipadille on ladattavissa App Storesta yli 250 000 erilaista ohjelmaa. Aiemmat ipodilla ja iphonella käytössä olleet ohjelmat käyvät ipadiin synkronoinnin jälkeen - yksinkertaisesti siirtämällä eli saattamalla ne samaan tilaan ipadiin Macilta tai PC:ltä. Suurin osa ipodille ja iphonelle suunnitelluista ohjelmista sopii siis ipadiin. IPadin vahvuutena voidaan siten pitää sekä integroitavuutta että skaalautuvuutta, mikä on seurausta sekä algoritmien parantamisesta että ytimen käyttöjärjestelmän tietorakenteista, jotta muistia saadaan sovitettua ja kiintolevyä suorittamaan suurempaa määrä ajoa (ajokapasiteetti). Skaalautuvuus mahdollistaa resurssien (laitteiston tai ohjelmien) lisäämisen, poistamisen ja muokkaamisen järjestelmässä. IPadin mukana tulevat ohjelmat ovat mm. sähköpostiohjelma (Mail), Valokuvat ohjelma, You Tube ohjelma (You Tube videopätkille), itunes musiikkiviihde-ohjelma PC:lle ja Mac:lle, muistio-ohjelma ja kalenteri-ohjelma. [5] IPadiin voi ostaa erilaisia oppimisohjelmia, peliohjelmia, viihdeohjelmia, hyötyohjelmia sekä toimisto-ohjelmia. IPadille suunnitelluista ohjelmista mainittakoon esimerkiksi aikakauslehti uudelleen ajeltuna Mag + ja Popular Science +, jotka mahdollistavat digitaalisen interaktiivisen lukukokemuksen. Digitaalisesta Wall Street Journalista saa pörssitietoja, analyysejä sekä tietoa videopätkinä ja radiopätkinä. Ohjelmissa on myös lukuisia peliohjelmia niille, jotka niistä pitävät. Sääohjelmassa on reaaliaikaisia sääennustuksia liikkuvassa tutkakuvassa ja sääennustevideoina ja suunnitella viikkonsa sääennusteiden mukaan. Hyödyllinen oppimisohjelma koululaisille on The Elements, joka opastaa alkuaineiden maailmaan, missä niitä voi tarkastella kolmiulotteisena 3D laseilla (ostettava lisävaruste). IPadiin voi ladata ilmaiseksi ibooks-ohjelman, johon voi ladata ilmaisia käyttövapaita kirjoja että ostaa elektronisia kirjoja. [5] [6] 6
3 IOS KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ 3.1 Käyttöjärjestelmät Käyttöjärjestelmän tehtävänä on hyödyntää laitteiston tarjoamia resursseja ja tarjota muille tietokoneohjelmille laitteistoista riippumaton alusta. Laitteiston osia ovat prosessori, jonka tehtävä on datan prosessointi, päämuisti, joka varastoi datan ja ohjelmat väliaikaisesti käyttöä varten, I/O-moduulit (Input/Output), joiden kautta voidaan syöttää dataa tietokoneelle tai siirtää dataa tietokoneelta muualle, sekä väylä, jonka tehtävä on tarjota kommunikointimahdollisuus edellisten laitteiden välillä. [7, s.9] 3.2 Käyttöjärjestelmien tehtävät Käyttöjärjestelmä on ohjelma, joka ohjaa muiden ohjelmien toimintaa ja tarjoaa niille palvelut laitetasolta. Sen tulee taata mukava, tehokas ja kehitettävissä oleva rajapinta korkeamman tason sovelluksille ja se on ohjelmiston tärkein ohjelma. Käyttöjärjestelmällä on useita palveluita, joita se tyypillisesti tarjoaa. Se tarjoaa ohjelmoijalle rajapinnan uusien sovellusten kehittämiseen. Tyypillisesti nämä ohjelmat ovat käyttöjärjestelmä kanssa yhdessä toimivia apuohjelmia, joiden päälle voidaan ohjelmoida loppukäyttäjälle tarkoitettuja sovelluksia. Toinen käyttöjärjestelmän tarjoama palvelu on ohjelmien toteuttaminen. I/O-kanavien kautta annetut tiedot käyttöjärjestelmä tallentaa päämuistiin ja jakaa ohjelman suorittamiseen laskenta-aikaa prosessorilta. Käyttöjärjestelmän tehtävä on myös tarjota palvelu I/O-kanavien käyttöön. Jokainen I/O-kanava vaatii oman kontrollisignaalin toimiakseen, mutta käyttöjärjestelmä tarjoaa ohjelmoijalle yksinkertaisesti lue- ja kirjoita-komennot. [7, s.53] Neljäs käyttöjärjestelmän tehtävä on tarjota tiedostonhallinta ja pääsy tiedostoihin. Käyttöjärjestelmän tulee ymmärtää millaista data on rakenteeltaan kun se syötetään I/Olaitteiden kautta tietokoneelle ja miten se on tallennettu tietokoneen muistiin. Useiden käyttäjien tilanteessa käyttöjärjestelmä voi tarjota kontrollin tiedostojen käyttöön. Tietokonejärjestelmän hallinta on myös eräs käyttöjärjestelmän tehtävistä. Tietokonejärjestelmät voivat olla suljettuja tai avoimia, mutta kummassakin tapauksessa käyttöjärjestelmän tulee hoitaa resurssienhallinta. Tietokonejärjestelmässä syntyy 7
jatkuvasti virheitä, joita käyttöjärjestelmän tulee tunnistaa ja korjata. Virheitä voivat olla esimerkiksi muistivirhe, laitevirhe tai toimintahäiriö, tai sovellusten aiheuttamat virheet tai ohjelmistoyhteensopivuuksista johtuvat virheet. Käyttöjärjestelmän tulee myös kerätä dataa tietokoneen toiminnasta ja resurssien käytöstä. [7, s.53-54] 3.3 Käyttöjärjestelmien kehitys Käyttöjärjestelmien kehityksen haastavimmat osat ovat olleet prosessien kehitys, muistinhallinta, informaationhallinta ja turvallisuus, aikataulutus ja resurssienhallinta sekä systeemin rakenteen kehittäminen. Prosesseilla tarkoitetaan käytössä olevan ohjelman vaatimaa prosessia tai prosessorille syötettävien laskutoimitusten vaatimaa prosessia. Prosesseissa voi aiheutua virheitä näljästä syystä, jotka ovat väärä synkronointi, prosessien resurssivaateeseen liittyvä virhe, määräämätön operaatio tai kahden tai useamman ohjelman toisistaan riippuva virhe. Muistinhallinnassa käyttöjärjestelmällä on viisi ominaisuutta. Sen tulee pitää käynnissä olevat prosessit erillään. Sen tulee allokoida muistikapasiteetti prosesseille vaateiden ja priorisointien mukaan ja tarjota ohjelmoijalle tarvittavat muistinhallintaan liittyvät moduulit uusien ohjelmien kehittämistä varten. Muistinhallinnan tulisi myös pitää eri ohjelmien vaatimat muistipaikat erillään, mikäli se on ohjelmien toimivuuden kannalta olennaista. Massamuisti toimii pitkäaikaismuistina, jossa tieto säilyy myös tietokoneen ollessa suljettu. Muistinhallinnan tulee kyetä operoimaan massamuistin ja käyttömuistin sekä niitä vaativien prosessien kanssa. [7, s.66-70] Tiedon suojaaminen ja turvallisuuden takaaminen ovat modernien käyttöjärjestelmien tärkeitä ominaisuuksia. Näiden takaamiseksi käyttöjärjestelmä suojaa systeemin prosessit keskeytykseltä, vastaa siitä, että käyttäjät eivät pääse käsiksi tietoihin, joihin heillä ei ole oikeuksia, suojaa datan ulkopuoliselta muokkaukselta ja verifioi käyttäjän ja datan tai viestien oikeellisuuden. Resurssienhallinnalla ja aikataulutuksella tarkoitetaan päämuistin, prosessorin ja I/O-laitteiden resurssien jakoa eri prosesseille ja resurssikutsujen aikataulutusta. Tyypillisesti resurssit jaetaan eri kriteereiden perusteella, joita ovat esimerkiksi oikeudenmukaisuus, tehokkuus ja järjestelmän kokonaisuuden hallinta. [7, s.72-73] 8
Käyttöjärjestelmien kehityksen uutena trendinä ovat olleet uusien laitteistoiden ominaisuuksien huomioon ottaminen, uudet sovellukset ja uudet turvallisuusuhat. Uusia laitteistoitten ominaisuuksia ovat multiprosessorit, nopeasti kasvanut teho, nopean liikenteen verkot ja multimediasovellukset, Internet-liitynnät ja asiakas-palvelin-laskenta. Internetin yleistyminen on luonut suuren tietoturvauhan, johon käyttöjärjestelmien on sovelluttava. Näihin muutostrendeihin on vastattu kehittämällä mikrokernelin arkkitehtuuria, prosessien multiajoa, multiprosessoritekniikkaa, hajautettuja käyttöjärjestelmiä ja olio-ohjelmointiarkkitehtuuria. [7, s.78-81] 3.4 IOS Käyttöjärjestelmän esittely ios on Applen kehittämä suljetun lähdekoodin mobiiliympäristöön suunnattu käyttöjärjestelmä, jota tällä hetkellä käytetään ipad, iphone ja ipod Touch laitteissa. Käyttöjärjestelmän ydin, kernel, pohjautuu samalle Mach-kernelille kuin Applen kannettavissa ja pöytätietokoneissa käytetty Mac OS X. [8] Tämä tarkoittaa, että kyseessä taustalla on siis UNIX-sukuinen käyttöjärjestelmä. ios hallinnoi puhelimen/tabletin/jne. laitteistoa ja tarjoaa alustalle natiivien sovellusten kehittämiselle välttämättömät perusteknologiat. Laitteesta riippuen käyttöjärjestelmän mukana tulee myös joitakin perussovelluksia kuten puhelin, sähköposti ja internetselain. Laitteilla käytettävät sovellukset eivät koskaan ole vuorovaikutuksessa suoraan laitteiston kanssa vaan kommunikoivat käyttöjärjestelmän tarjoamien rajapintojen kautta, jotka taas ovat vuorovaikutuksessa suoraan laitteistoajureihin. Tämän tarkoituksena on suojata sovelluksia tekemästä muutoksia laitteistoon. [9] 3.5 ios-käyttöjärjestelmän teknologiakerrosmalli Mach-kernelin yllä toimii erilaisia käyttöjärjestelmän palvelutasoja, joita voidaan hyödyntää sovellusten kehittämisessä ios-alustalle. Nämä teknologiakerrokset voidaan jakaa neljäksi tasoksi: Core OS, Core Services, Media ja Cocoa Touch (kuva 1). [8] Tämä kerrosmalli antaa sovelluskehittäjille vaihtoehtoja ohjelman toteutukselle. Esimerkiksi Core OS ja Core Services -tasot tarjoavat ohjelmoijalle pääsyn käyttöjärjestelmän perustavanlaatuisiin rajapintoihin kuten tiedostoihin, POSIX säikeisiin 9
ja verkko verkkotoimintoihin. Nämä rajapinnat ovat pääosin C-kielellä toteutettuja. [8] Kuva 1. ios 4.0 -käyttöjärjestelmän kerrosmalli [8] Siirryttäessä tasoissa ylöspäin voidaan löytää kehittyneempiä teknologioita, jotka käyttävät sekä C-kieleen että Objective-C kieleen pohjautuvia rajapintoja. Esimerkiksi Media-taso tarjoaa rajapintoja 2D ja 3D grafiikan piirtämiseen sekä äänen ja videokuvan esittämiseen. [8] Apple suosittaa ohjelmistokehittäjiä käyttämään aina ensisijaisesti ylemmän tason rajapintoja alempien tasojen sijaan mikäli mahdollista. Ylempien tasojen ominaisuudet on luotu tarjoamaan objekti-orientoituneita abstraktioita alempien tasojen rakenteista, tarkoituksena helpottaa ohjelmistokehitystä ja vähentää ohjelmakoodin rivien määrää. Vaikka ylemmät tasot soveltavat alempien tasojen ominaisuuksia, voi ohjelmoija halutessaan käyttää suoraan alhaisten tasojen viitekehyksiä. [8] 3.5.1 Core OS Core OS taso tarjoaa alhaisen tason ominaisuuksia, joiden perustalle ylemmät tasot pohjautuvat. Vaikka sovelluskehittäjä ei käyttäisi tämän tason teknologioita suoraan sovellustansa kehittäessä, on hyvin todennäköistä, että ohjelma käyttää epäsuorasti Core OS-tason ominaisuuksia ylempien tasojen rajapintojen kautta. [9] Core OS-tason tarjoamat tärkeimmät ohjelmistoviitekehykset ovat: Accelerate Framework, External Accessory Framework, Security Framework ja System. Accelerate Framework esiteltiin ios versiossa 4.0. Se tarjoaa rajapintoja esimerkiksi matemaattisten operaatioiden suorittamiseen, suurilla luvuilla laskemiseen ja DSP (Digital 10
Signal Processing) laskentaan. Accelerate Frameworkin hyödyntämisen edut omien vastaavien kirjastojen kirjoittamiseen on se, että tämän viitekehyksen toiminnot on optimoitu eri laitealustoille, joita on olemassa ios-pohjaisissa laitteissa. Tämän ansiosta ohjelmakoodi tarvitsee kirjoittaa vain kerran ja voidaan varmistua siitä, että sovellus toimii tehokkaasti kaikilla laitteilla. [9] External Accessory Framework esiteltiin ios versiossa 3.0. Viitekehys tarjoaa tuen vuorovaikutukseen laitteeseen liitettyjen ulkoisten oheislaitteiden kanssa. Oheislaitteet voidaan liittää langallisesti 30-pinnisen telakkaliitännän kautta tai langattomasti Bluetoothin avulla. External Accessory Framework mahdollistaa tiedonhaun oheislaitteilta ja laitesessioiden alustamisen, jonka jälkeen sovellus voi olla vapaassa vuorovaikutuksessa oheislaitteen kanssa. [9] Security Framework tarjoaa turvallisuusominaisuuksia sovellusten käyttöön. Käytännössä tämä tarkoittaa mm. satunnaislukujen luontia sekä rajapintoja sertifikaattien ja julkisten/yksityisten salausavainten hallintaan. [9] System tarjoaa sovelluksille C-pohjaisen LibSystem kirjaston. LibSystemi vuorostaan tarjoaa rajapintoja säikeistykselle, verkkotoiminnoille, tiedostojärjestelmään, DNSpalveluille, muistin allokointiin ja matemaattisiin perusfunktioihin. [9] 3.5.2 Core Services Core Services taso tarjoaa oleellisia järjestelmäpalveluita, joita kaikki sovellukset hyödyntävät. Nämä ominaisuudet ovat luonteeltaan edelleen sellaisia, että sovelluskehittäjä ei välttämättä suoraan hyödynnä niitä. Tämän tason keskeisiä palveluita ovat mm. paikannusominaisuudet, SQLite tietokantakirjasto ja Foundation Framework. [9] Location Services tuo sovelluskehittäjille käyttöön Core Location viitekehyksen, joka hyödyntää laitteen radiolaitteita (W-Lan, 3G/GSM, GPS) käyttäjän sijainnin määrittämiseen. ios sovellukset voivat hyödyntää tätä esimerkiksi sijainnista riippuvan sisällön esittämiseen käyttäjälle. [9] 11
SQLite kirjasto mahdollistaa kevyet sovelluskohtaisesti integroidut SQL tietokannat tietojen organisoituun säilyttämiseen ilman tarvetta erilliselle etäpalvelinyhteysprosessille. Sovellus voi luoda tietokantatiedostoja ja hallinnoita näiden tietokantojen tauluja ja rivejä paikallisesti. Kirjasto on suunniteltu yleishyödyllistä käyttöä varten, mutta on silti optimoitu tiedonhakunopeutta silmällä pitäen. [9] Core Foundation Framework on viitekehys joka lyhyesti sanottuna tarjoaa työkaluja mm. seuraaville ominaisuuksille: [9] Merkkijonojen käsittely Päivämäärän ja kellonajan hallinta Asetusten hallinta URL ja streamien käsittely Prosessien säikeistys Välimuisti Kielienhallinta (Internationalization) Tietoliikenneporttien hallinta Bonjour palvelu (yhteensopivien verkkolaitteiden löytämiseen lähiverkossa) 3.5.3 Media Media-taso tarjoaa kirjastoja ja palveluita grafiikan, audion ja videon esittämiseen sovelluksissa. Nämä ovat ns. korkean tason viitekehyksiä ja rajapintoja, jotka helpottavat eri medioiden helpon monipuolisen hyödyntämistä sovelluksissa. Media tason rajapinnat voidaan jakaa grafiikka-, ääni- ja videoteknologioihin. [9] Media-tason grafiikkakirjastoja hyödyntäen voidaan esimerkiksi varmistaa sovellusten toimiminen sujuvasti ilman muokkauksia (tai vähillä muokkauksilla) eri näyttöresoluution omaavilla laitteilla. Kirjastot tarjoavat työkaluja tekstin ja fonttien piirtämiseen, vektorigrafiikan piirtämiseen ja skaalaamiseen, bittikarttapohjaiseen renderöintiin, OpenGL ES tuen laitteistokiihdytetyn 2D ja 3D grafiikan esittämiseen ja yleisimpien kuvaformaattien lukemiseen ja tallentamiseen. [9] 12
Audiokirjastot mahdollistavat sovellusten toistaa ja nauhoittaa korkealaatuista ääntä ja hallita laitteen tärinäominaisuutta. Järjestelmä tarjoaa muutamia eri tapoja äänen toistamiseen nauhoittamiseen käyttötarkoituksesta riippuen. ios tukee useimpia tunnettuja audio-formaatteja. [9] Media-taso tarjoaa rajapintoja videoiden toistamiseen paikallisista tiedostoista sekä verkon ylitse välitettävistä streameista. Tarvittavat komponentit omaavilla laitteilla on myös mahdollista kaapata videota sovelluksen käyttöön laitteen kameraa hyödyntäen. ios 4.0 osaa käsitellä.mov,.mp4,.m4v ja.3gp päätteisiä videotiedostoja jotka on pakattu H.264 tai MPEG4 pakkausta hyödyntäen. [9] 3.5.4 Cocoa Touch Cocoa Touch on ylin teknologiakerros ios käyttöjärjestelmässä ja se sisältää tärkeimmät rajapinnat ja kirjastot ios sovelluksien kehittämiseen. Tämä taso tarjoaa infrastruktuurin sovellusten visuaalisten käyttöliittymien toteuttamiseen ja korkean tason järjestelmäpalveluiden kanssa kommunikointiin. Yleisimpiä käytettyjä Cocoa Touch -tason ominaisuuksia ovat tausta-ajo käyttäytymisen määrittely, käyttäjätiedon suojaaminen, kosketusnäytön eleiden ("Gestures") tunnistaminen, tiedostojen jakaminen, kalenteri- ja yhteystietojen manipulointi ja ulkoisen näytön tuki. [9] 13
4 IOS VERSUS ANDROID KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ Vertailtavaksi on valittu Android käyttöjärjestelmä, koska sen katsotaan olevan ios:n suurin kilpailija. Androidin monipuolisuudesta johtuen saadaan myös kattava kuva ios:n huonoista puolista. Tarkastelussa on keskitytty vain käyttöjärjestelmien keskeisimpiin osiin. Ensin kuvataan androidin käyttöjärjestelmä ja arkkitehtuuri. Viimeisenä tässä kappaleessa tarkastellaan arkkitehtuurien ja sovellusten merkittävimmät erot verrattuna ios:n käyttöjärjestelmän arkkitehtuuriin ja sovelluksiin. 4.1 Android käyttöjärjestelmä Android on nykyisin Googlen omistama käyttöjärjestelmä liikkuville alustoille. Käyttöjärjestelmä pohjautuu avoimeen Linux-järjestelmään. Se on suunniteltu mahdollistamaan sovellusten vuorovaikutuksen laitteen jokaisen toiminnon kanssa. Androidissa on virtuaalikone joka optimoi laitteiston resurssit liikkuvaan ympäristöön. [10] Avoimuuden lisäksi kaikki sovellukset ovat myös tasavertaisia. Jokainen voi tehdä sovelluksen joka käyttää laitteen ydintoimintoja ilman rajoitteita. Käyttöjärjestelmällä voidaan täysin räätälöidä käytettävä laite mieluisekseen. Lisäksi sovellusten on helppo toimia yhdessä ja täten muodostaa kattavampia kokonaisuuksia. [10] 14
4.2 Androidin arkkitehtuuri Seuraavassa on avattu Androidin arkkitehtuurin keskeisiä ominaisuuksia. Keskeisimmiksi osiksi on valittu käyttöjärjestelmän ylimmän tason funktiot. Tarkastelu perustuu oheiseen kuvaan 2. Kuva 2. Androidin arkkitehtuuri. [11] Applications Layer Sovelluskerrokselle toimivat sovellukset kuten, sähköposti, tekstiviestit, kalenteri ja kartat. Tämä on käyttöjärjestelmän näkyvin osa käyttäjälle. [11] Application Framework Täysin avointa systeemiä käyttävä Android antaa sovelluskehittäjille vapaat kädet tehdä monipuolisia ja innovatiivisia sovelluksia. Sovelluskehys antaa vapaan pääsyn esimerkiksi laitteisiin. [11] Libraries Androidissa on paljon C ja C++ -kirjastoja, joita suuri osa laitteen komponenteista käyttää. Kirjastoihin päästään helposti käsiksi sovelluskehystasolta. [11] 15
Android Runtime Tällä kerroksella sijaitsevat tärkeimmät kirjastot ja sovellusten varsinainen suoritus. Jokainen Androidin sovellus on oma prosessinsa, joka suoritetaan Dalvik VM:n (virtuaalikone) avulla. Dalvik VM on suunniteltu siten, että sen avulla voidaan suorittaa useita sovelluksia samanaikaisesti. [11] Linux Kernel Android käyttää Linuxin versiota 2.6 tärkeimpiin järjestelmän toimintoihin, kuten turvallisuuteen ja prosessinhallintaan. Avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmä on Androidin avoimuuden perusta. [11] 4.3 Arkkitehtuurien merkittävimmät erot Suurin ero käyttöjärjestelmien rakenteen välillä on se, että ios:ssa kosketusnäyttöä ohjaa aivan oma kerroksena Cocoa Touch. Androidissa kosketusnäytön ohjaus suoritetaan alimmalla tasolla. Tästä johtuen käytettävyyteen liittyvät sovellukset on helpompi implementoida ios:an. Androidissa on myös oma suorituspaikka ohjelmille. Runtimessa tapahtuva sovellusten suorittaminen mahdollistaa moniajon, josta esimerkiksi ipadin ensimmäiset versiot kärsivät. ios ei päästä sovelluskehittäjiä helpolla Core Layerille, koska Applen strategiana on myydä ohjelmia Applestoressa. Androidissa on täysin vapaa pääsy käyttöjärjestelmän joka osaan ja laitteisiin asti. Tämä on erittäin kriittistä sovelluskehittäjien kannalta. Luonnollisesti Androidissa ei ole esimerkiksi käyttöjärjestelmän sisäisten osien keskustelua Applestoren kanssa mahdollistavia rakenteita. 4.4 Sovellusten merkittävimmät erot käyttöjärjestelmissä Huomattavin ero on se, että toinen systeemi on suljettu ja toinen on avoin. Androidiin voi kuka tahansa kehittää sovelluksia, kun taas Apple rajoittaa ios:an tehtäviä sovelluksia. 16
Vain harva ulkopuolinen taho on saanut sovelluksensa läpi. Näistä seikoista johtuen ios:n sovellukset yleensä näyttävät paljon paremmilta, jotta asiakkaat saataisiin ostamaan sovelluksia. Androidin sovellukset ovat paljon monipuolisempia, mutta käytettävyys ja ulkoasu saattavat olla jäljessä verrattuna kilpailijaan. Sovellusten määrä on moninkertainen Applen eduksi, mutta toisaalta systeemi on niin rajoittunut, että Androidi tulee viemään ensimmäisen tilan sovellusten määrässä pitkällä juoksulla. [12] 17
5 IPAD VS GALAXY TAB Laitteilla on paljon samoja tai lähes samoja ominaisuuksia. Tässä tarkastelussa keskitytään kriittisimpiin eroihin laitteiden välillä, ottamatta kantaa muihin eroavaisuuksiin. Laitteiden ulkomuodot ovat esiteltyinä oheisissa kuvissa (Kuva 3, Kuva 4) Kuva 3. Galaxy Tab [14] Kuva 4. ipad [13] 5.1 Ulkoisten ominaisuuksien erot Ulkoisista ominaisuuksista on selvää että Galaxy Tab ja ipad eroavat. Galaxy Tab on melko paljon pienempi kuin ipad. Lähes kolmen tuuman ero näytön koossa tekee huomattavan kokoeron. ipad on noin 25 % suurempi kuin Galaxy Tab. Koosta seuraa myös lisäpaino. ipad on melkein tuplasti painavampi kuin kilpailijansa. (Taulukko 1) 18
Kamera on osana lähes jokaista laitetta nykyisissä laitteissa. Tästä syystä on huomattavaa, että ipadissa kameraa ei ole lainkaan integroituna. Kameran ipadiin saa lisälaitteiden avulla, joka on erittäin hankala ratkaisu. Voi olla, että kameran poisjättäminen on tietoinen valinta johtuen kameran yleisyydestä tai toisaalta ulkoisen kameran tuomista lisävoitoista. Taulukko 1. Laitevertailu [12][13] Operating system ipad ios 3.2.2 Galaxy Tab Andoird 2.2 (Froyo) Power up to 10 h up to 7 h CPU 1 GHz Apple A4 1 GHz Application Processor Storage flash memory, up to 64GB flash memory, 32GB + microsd slot Memory 256MB DRAM 512MB Display 1024 x 768, 9,7" 132 1024*600 (7") PPI, XGA, LED-backlit IPS LCD Graphics PowerVR SGX 535 GPU PowerVR SGX 540 GPU Input Multi-touch touch screen, headset controls, proximity and ambient light sensors, 3-axis accelerometer, magnetometer Multi-touch touch screen Camera NONE 3.0 MP AF camera with LED flash, 1,3 MP front facing Connectivity Online Services Dimensions Wi-Fi (802.11 a/b/g/n), Bluetooth 2.1 + EDR, UMTS / HSDPA, GSM (tri band) / EDGE (quard band) itunes store, App Store, MobileMe, ibookstore, Safari 242,8mm (h), 189,7 mm (w) 13,4 mm (d). 2.5G (GSM/ GPRS/ EDGE) : 850 / 900 / 1800 / 1900 MHz 3G (HSUPA 5.76Mbps, HSDPA 7.2Mbps) : 900 / 1900 / 2100 M Hz WiFi 802.11n /Bluetooth 3.0 PDMI FREE 190.09 mm (7.484 in) (h) 120.45 mm (4.742 in) (w) 11.98 mm (0.472 in) (d) Weight 3G model 730g (1,6lb) 380 g (0.84 lb) 19
5.2 Sovellusten erot Huomattavin ero käyttöjärjestelmien osalta on sovellusten maksullisuus ipadissa. Applen omasta verkkokaupasta voi ladata maksullisia ohjelmia useita kymmeniä tuhansia. Lähes kaikki sovellukset ovat Applen omia, joten käyttäjät pääsevät vaikuttamanaan sovellusten sisältöön vain epäsuorasti. Samsung on ottanut täysin erilaisen lähestymistavan laitteeseensa. Android käyttöjärjestelmälle voi kuka tahansa tehdä omia sovelluksia. Tosin tällä hetkellä ohjelmien määrä on lähes tuplasti parempi ios:lle. 5.3 Muut erot Galaxy Tabin pienuudesta johtuen maksimi integroitu tallennuskapasiteetti on puolet pienempi kuin suuremmassa ipadissa. Keskusmuistia on kuitenkin puolet vähemmän ipadissa. Muut ominaisuudet ovat niin lähellä toisiaan, että laitteita voidaan pitää identtisinä, jos ei oteta muotoilua huomioon. Yhteydet, käytettävyys, prosessori ja näytön resoluutio ovat lähes samat. Akun kapasiteettia ei kannata laitteiden suuresta kokoerosta johtuen lähteä vertaamaan, mutta laitteiden akkujen absoluuttisessa kestossa ero on noin 50% ipadin hyväksi. 20
6 YHTEENVETO IPad Applen valmistama ja markkinoille vuonna 2010 tuoma kosketusnäytöllinen taulutietokone, joka on mitoiltaan mitoiltaan 24,3 senttimetriä korkea, 19,0 senttimetriä leveä ja 1,3 senttimetriä paksu. IPadista on myytävänä kaksi mallia - WLAN ja bluetooth yhteydellä varustettu malli ja sekä lisäksi 3G yhteydellä varustettu malli. Applen App Storesta on ladattavissa ipadille yli 250 000 ohjelmaa, joista osa on maksullisia. Suurin osa ipodeille ja iphoneille suunnitelluista ohjelmista toimii suoraan myös ipadilla. IPadin käyttöjärjestelmä on Applen kehittämä suljetun lähdekoodin ios, jota käytetään tällä hetkellä ipad, iphone ja ipod Touch laitteissa. IOS on pohjimmiltaan UNIX-sukuinen käyttöjärjestelmä. Sovelluskehittäjille ios tarjoaa nelikerroksisen viitekehyksen, joka tarjoaa erilaisia kirjastoja, jotka helpottavat ohjelmoijan tehtäviä ja joiden käyttäminen parantaa sovellusten yhteensopivuutta eri ios pohjaisten laitteiden välillä. IOS:n varteenotettavin kilpaileva käyttöjärjestelmä on Googlen kehittämä Android, joka on käytössä mm. useissa älypuhelimissa. Merkittävimpänä erona voidaan nähdä Androidin lähdekoodin avoimuus, joka mahdollistaa kaikkien käyttää ko. käyttöjärjestelmää ja kehittää sitä omien tarpeidensa mukaan. Merkittävä yksittäinen kilpaileva laite on Samsungin vastikään julkaisema Galaxy Tab, joka on myös kosketusnäytöllisen kämmentietokone, mutta hyödyntää juurikin Android käyttöjärjestelmää. 21
LÄHTEET 1. Wikipedia (2010), Software Development Kit, http://en.wikipedia.org/wiki/software_development_kit 2. Apple reveals iphone SDK (2008), http://gizmodo.com/364727/apple-revealsiphone-sdk 3. Apple (2010), IPad, IPadin tekniset tiedot ja lisävarusteet http://www.apple.com/fi/ipad/specs/ 4. Arm (2010), Cortex-A8 processor ARM, http://www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a8.php 5. Apple (2010), IPad Paras laite verkkoon, sähköpostiin ja valokuviin, http://www.apple.com/fi/ipad/features/ 6. Apple (2010), Ohjelmia ipadille, http://www.apple.com/fi/ipad/apps-for-ipad/ 7. Stallings, W., Operating Systems: Internals and Desing Principes, 5 th edition, Pearson Prentice Hall, inc,. USA, 2005. 8. Apple (2010), ios Reference Library: ios Overview, http:// developer.apple.com/library/ios/#referencelibrary/gettingstarted/url_iphone_os _Overview/index.html 9. Apple (2010), ios Reference Library: ios Technology Overview, http://developer.apple.com/library/ios/documentation/miscellaneous/conceptual/ip honeostechoverview/iphoneostechoverview.pdf 10. The official website about Android (2010), http://www.android.com/about/ 11. Android developing site (2010), http://developer.android.com/guide/basics/what-isandroid.html 12. Taylor Marting: Similarities between Android and ios (2010), http://www.phonedog.com/2010/09/17/the-similarities-between-android-and-ios/ > 13. Apple official website, ipad Technical Specifications. (2010), http://www.apple.com/fi/ipad/specs/ 14. Samsung Galaxy Tab official website, Galaxy Tab Specifications. (2010), http://galaxytab.samsungmobile.com/