Operacijski sustav Android | SEMINARSKI RAD IZ ELEKTRONIKE

Android je programsko okruženje za pokretne uređaje bazirano na otvorenom kodu (eng. Open Source) koje se sastoji od kompleta programske opreme: operacijskog sustava, programske međuopreme (eng. middleware) i ključnih aplikacija za pokretne uređaje. Također, sadrži mnoštvo sučelja za izradu aplikacija (API, eng. application programming interface) koja razvojnim inženjerima omogućuju samostalan razvoj i rad na aplikacijama.
Predstavljanje Androida i njegove razvojne okoline za pisanje aplikacija (SDK, eng. software development kit) započelo je u studenom 2007. godine od strane Googlea i grupacije Open Handset Alliance (OHA). Open Handset Alliance je konzorcij s ciljem razvoja otvorenih standarda za pokretne uređaje, promocija inovacija i prilagodba uređaja korisniku s poboljšanom izvedbom i pristupačnom cijenom. Broji nekoliko desetaka članica među kojima se nalazi i Google.

Shodno svojoj politici OHA ističe slijedeće karakteristike Android programskog okruženja:

2. Arhitektura sustava Android

Arhitektura sustava Android [3] bazira se na Linux 2,6 jezgri (eng. kernel) koja se koristi kao sloj apstrakcije hardvera (HAL, eng. Hardware Abstraction Layer). Razlog za korištenje jezgre operacijskog sustava Linux je dokazana pogonska podrška (eng. driver model), mogućnost upravljanja memorijom i procesima, sigurnosni model, mrežni sustav, te dokazana robusnost, konstantni razvoj i unapređivanje sustava. Slika 2.1 prikazuje arhitekturu sustava Android.

• pogonski program za međuprocesnu komunikaciju između aplikacija i usluga (eng. service) (eng. Binder (IPC) Driver) - omogućava međuprocesnu komunikaciju između aplikacija i usluga, te
• upravljanje napajanjem (eng. Power Management) - komponenta Androida temeljena na standardnom Linuxovom sustavu upravljanja napajanjem.

Izvorne programske biblioteke (eng. native libraries) pisane su u programskim jezicima C i C++ i čine idući sloj u arhitekturi sustava. Neke od značajnijih su:

Idući sloj u arhitekturi Androida je radno okruženje (eng. Android runtime) kojeg čine virtualni stroj Dalvik (DVM, eng. Dalvik Virtual Machine) i jezgrene biblioteke (eng. core library).
DVM je registarski baziran virtualni stroj, dok je klasični Javin virtualni stroj (JVM, eng. Java Virtual Machine) baziran na stogu. Više o Dalvik virtualnom stroju u poglavlju 2.1. Jezgrene biblioteke pisane su u programskom jeziku Java i predstavljaju sve esencijalne klase kao što su klase za manipulaciju kolekcijama, klase za komunikaciju s okolinom i slično. Bitna novost je i to što se Androidove jezgrene biblioteke razlikuju od biblioteka u Java Standard Edition (J2SE) i Java 2 Micro Edition (J2ME).

Sloj aplikacijskih okvira (eng. Application Framework) napisan je u programskom jeziku Java i sadrži proširiv skup programskih komponenti kojeg koriste sve aplikacije uređaja. Neki od važnijih elemenata su:

Aplikacijski sloj je zadnji sloj u arhitekturi sustava Android i č ine ga korisničke aplikacije uređaja. Predstavlja sloj vidljiv krajnjem korisniku. Uključuje neke od standardnih sistemskih aplikacija kao što su Web preglednik, lista kontakata, telefon, itd.

2.1 Dalvik virtualni stroj

Umjesto upotrebe standardnog Java 2 Micro Edition (J2ME) kao mehanizma za pokretanje Javinih aplikacija na pokretnim uređajima, Google je razvio vlastiti virtualni stroj za Android. DVM je najvjerojatnije razvijen kako bi se zaobišla problematika s dozvolama korištenjem Sunovog J2ME. Svaki pokretni uređaj koji u sebi sadrži J2ME mora kod Suna licencirati bilo kakvu promjenu izvornog koda J2ME-a. Virtualni stroj Dalvik dobio je ime po istoimenom Islandskom gradu u kojem su živjeli preci glavnog razvijatelja DVM-a Dan Bornsteina.
Osnovna razlika između Sun Java virtualnih strojeva, te DVM-a je u tome što su prvo spomenuti stožno bazirani virtualni strojevi, dok je DVM registarski baziran virtualni stroj. Međukod (eng. bytecode) Dalvik virtualnog stroja transformira se pomoću alata dx (koji je sastavni dio Android SDK-a) iz Javinih klasnih datoteka (eng. Java class file) prevedenih Javinim prevoditeljem u novu klasu *.dex (eng. Dalvik Executable) formata. Međukod kojeg izvršava DVM nije Javin međukod, nego upravo spomenuti .dex oblik. Transformacija formata omogućava bolju prilagodbu za rad na manjim procesorima boljim iskorištavanjem raspoložive memorije i procesorske snage. Rezultat svega je mogućnost višestrukog instanciranja samog virtualnog stroja š to znači da se svaka Androidova aplikacija pokreće kao zasebni proces, s vlastitom instancom virtualnog stroja Dalvik.

Struktura datoteke .dex prikazana je slikom 2.2 [5]. Datoteka se sastoji od jednostavnog zaglavlja, identifikatora nizova, tipova, prototipova, polja i metoda, definicija klasa i podataka. Ovime se osigurava da se konstante koje se ponavljaju u klasnim datotekama pojavljuju samo jednom u datoteci .dex kako bi se sačuvala memorija.

3. Android SDK

Paket softverskih razvojnih alata Android SDK [6] pruža podršku za razvoj, testiranje, pronalaženje i uklanjanje pogrešaka (eng. debugging) aplikacija. Uključuje sljedeće komponente:

3.1 Android emulator

U Android SDK uključen je emulator pokretnog uređaja koji omogućava razvoj i testiranje aplikacija. Jedino ograničenje emulatora je nemogućnost uspostave dolaznih i odlaznih poziva. Korištenjem ADT-a kao programskog dodatka za Eclipse emulator se automatski poziva prilikom izvođenja i procesa pronalaženja i uklanjanja programskih pogrešaka. Izgled grafičkog sučelja jednog od emulatora prikazan je na slici 3.1.

Android emulator je aplikacija temeljena na QEMU (eng. Open source processor emulator) s virtualnim pokretnim uređajem temeljenom na procesoru ARM (eng. Advanced RISC Machine). QEMU je strojni emulator temeljen na otvorenom kodu. Uključuje cjeloviti Android sistemski stog (eng. system stack) sve do razine jezgre sustava, skup unaprijed instaliranih aplikacija (npr. birač brojeva) kojima se može pristupati korištenjem vlastitih aplikacija, korisničko grafičko sučelje, prilagodljivo dodjeljivanje vrijednosti tipkama, te mnoštvo naredbi i mogućnosti za kontrolu ponašanja emuliranog okruženja.

3.2 Dalvik Debug Monitoring Service (DDMS)

DDMS je alat koji omogućava upravljanje procesima na emulatoru ili pokretnom uređaju, te pomaže prilikom pronalaženja i uklanjanja pogrešaka u programskom kodu. Pruža mogućnost preusmjeravanja vrata (eng. port redirection), informacije o stanju dretvi i gomila na uređaju, upotrebu LogCata (naredba koja komprimirane datoteke evidencije događaja ispisuje u oovjeku čitljivom obliku), praćenje informacija o procesima, snimanje aktivnog zaslona uređaja, kontrolu lažiranih (eng. spoofing) poziva, SMS poruka i podataka o lokaciji, te mnoge druge usluge.
Cijeli se alat ponaša kao poveznica između IDE-a i aplikacija koje se izvršavaju na uređaju. Kao što je već spomenuto, na sustavu Android svaka aplikacija pokreće se kao zasebni proces koji se izvodi kao zasebna instanca virtualnog stroja Dalvik. Svaki od tih procesa povezan je s programom za pronalaženje i uklanjanje programskih pogrešaka preko jedinstvenih vrata počevši uzlazno od vrata 8600. DDMS se također spaja i na pretpostavljena lokalna vrata 8700.
Prilikom pokretanja DDMS se spaja na ADB koji mu prosljeđuje informaciju o tome da li je uređaj spojen ili odspojen. Kada je uređaj spojen kreira se VM (eng. Virtual Machine) nadzorna usluga između ADB-a i DDMS-a čija je uloga obavještavanje DDMS-a da li je virtualni stroj na uređaju pokrenut ili ugašen. Prilikom pokretanja virtualnog stroja DDMS posredstvom ADB-a dobavlja njegov jedinstveni ID i otvara vezu prema programu za pronalaženje i uklanjanje pogrešaka preko ADBD-a (eng. ADB Deamon) na uređaju. Na taj način ostvarena je veza između DDMS-a i virtualnog stroja korištenjem uobičajenog wire protokola.

3.3 Android Debug Bridge (ADB)

ADB je klijentsko-poslužiteljski alat koji služi za povezivanje s Androidovim emulatorom ili uređajem. Uključuje tri komponente:

Prilikom pokretanja ADB-ovog klijenta prvo se provjerava postoji li već aktivni ADB-ov poslužitelj. Ukoliko ne postoji, pokreće se i spaja na lokalna TCP vrata 5037 na kojima osluškuje naredbe poslane od strane ADB klijenta. Svi ADB klijenti koriste vrata 5073 za komunikaciju s ADB poslužiteljem.
Nakon toga se uspostavlja komunikacija poslužitelja i svih instanci emulatora ili uređaja. To se ostvaruje na način da poslužitelj pregledava sva neparna vrata u rasponu od 5555 do 5585. Ukoliko ADB poslužitelj prilikom pretraživanja na određenim neparnim vratima naiđe na pozadinski proces ADB-a uspostavlja se veza na tim vratima. Pretraživanje samo neparnih vrata vrši se iz razloga š to je za uspostavu veze potreban jedan par vrata i to jedna vrata za vezu s konzolom i jedna vrata za vezu emulatora ili uređaja s ADB-om. Tako se, na primjer, konzoli emulatora povezanog s ADB poslužiteljem na vratima 5555 pristupa preko vrata 5554.
Nakon uspostave veze moguće je kontrolirati emulator različitim ADB naredbama.

4. Koncept aplikacije

Sve Androidove aplikacije pisane su u programskom jeziku Java. Aplikacijom se smatra kompletni kod paketa upakiran pomoću AAPT alata koji kao rezultat stvara datoteku sufiksa .apk. Upravo se u ovom formatu aplikacije distribuiraju na pokretni uređaj.

Za razliku od većine aplikacija na drugim sustavima, Androidove aplikacije nemaju samo jednu pokretnu točku (ovo konkretno znači da ne postoji samo jedna main() funkcija). Razlog tome je karakteristika sustava koja zastupa ideju međusobne interakcije dvije ili više različitih aplikacija, a da bi to bilo ostvarivo sustav mora biti u mogućnosti pokrenuti proces pojedine aplikacije i kada se zatraži rad samo nekog njenog određenog dijela, te instancirati Javin objekt za dotični dio.

4.1 Osnovna struktura

Aplikacija ne mora sadržavati sve spomenute komponente, a isto tako može sadržavati i neke druge.

4.2 Životni ciklus aplikacije

Kod klasične radne površine operacijskog sustava Windows ili Linux postoji jedan aktivni prozor i ravnopravni niz ostalih aplikacija, a kontrolu ž ivotnog ciklusa vrši korisnik. Android sam brine o ž ivotnom ciklusu aplikacija, prikaz se vrši na principu LIFO (eg. Last In First Out) stoga na koji se spremaju aktivnosti pokrenutih aplikacija kao što je prikazano na slici 4.1 [4].
Svaki zaslon korisničkog sučelja prikazan je pomoću klase Activity. Aplikaciju čine jedna ili više aktivnosti. Vrlo je važno napomenuti da aplikacija nije isto što i proces što bitno utječe na ponašanje i životni ciklus aplikacije.
Kako bi se očuvala efikasnost cijelog sustava, procesi i njihove aplikacije će, ukoliko je potrebno, biti ugašeni bez upozorenja s ciljem oslobađanja memorijskih resursa za aplikacije višeg prioriteta (uglavnom one koje korisnik koristi u tom trenu). Slika 4.2 prikazuje stablo prioriteta procesa [4].

aktivni procesi - ovakvih procesa je uglavnom malo i imaju vrlo visoki prioritet iz razloga š to podržavaju aplikacije s kojima korisnik ostvaruje aktivnu interakciju. Neki od ovih procesa uključuju vidljive aktivnosti,
Broadcast Recievere koji izvršavaju onReceive() metodu, te usluge koje izvršavaju onStart(), onCreate() ili onDestroy() metodu; vidljivi procesi - predstavljaju vidljive, ali neaktivne procese. Uglavnom ih je vrlo malo, te se gase u krajnjoj nuždi;
pokrenuti uslužni procesi - procesi pokrenutih usluga s kojima korisnik nema aktivnu interakciju, te iz tog razloga imaju nešto niži prioritet. I dalje ih se smatra aktivnim procesima, te će biti ugašeni samo u nuždi;

Na životni ciklus aplikacije utječe isključivo sustav, a ne sama aplikacija. Stanje u kojem se nalazi aplikacija određuje njezinu prioritetnu razinu. Aktivnost aplikacije može se nalaziti u nekom od sljedećih stanja prikazanih slikom 4.3 [1]:

Prijelazi između pojedinih stanja nevidljivi su krajnjem korisniku, ali kontrolirani na razini sustava upotrebom odgovarajućih nadjačavajućih (eng. override) metoda:
onCreate(Bundle) - poziva se prilikom pokretanja aplikacije, onStart() - naznačuje početak prikaza aplikacije korisniku, onResume() - poziva se prilikom početka ili nastavka interakcije s korisnikom, onPause() - poziva se prilikom prebacivanja u pozadinski način rada, onStop() - poziva se u slučaju dužeg perioda nekorištenja aplikacije, onRestart() - naznačuje ponovo pozivanje aplikacije iz zaustavljenog stanja, onDestroy() - poziva se trenutak prije gašenja aplikacije,
onSaveInstanceState(Bundle) - opcionalna metoda koja se poziva u slučaju čuvanja stanja instance i
onRestoreInstanceState(Bundle) - poziva se prilikom reinicijalizacije aktivnosti iz stanja prethodno pohranjenog onSaveInstanceState() metodom.

4.3 Korisničko sučelje

Postoje dva načina dizajniranja korisničkog sučelja: proceduralno i deklarativno. Proceduralni dizajn odnosi se na pisanje Java koda, a deklarativni na pisanje XML (eng. EXtensible Markup Language) koda. U praksi se za kreiranje grafičkog korisničkog sučelja uglavnom koristi XML.
Kreiranjem sučelja aktivnosti dobivaju svoju funkcionalnost, tj. vidljivost na zaslonu uređaja i na taj se način omogućava interakcija s korisnikom. Osnovne jedinice korisničkog sučelja su objekti pogled (eng. View) i grupe pogleda (eng. ViewGroup) [2]:

Hijerarhijska ovisnost objekata pogleda i grupe pogleda prikazana je slikom 4.4. Iscrtavanje elemenata stabla započinje od korijena stabla tako š to aktivnost prvo poziva svoju setContentView() metodu i Android sustavu predaje referencu na korijenski objekt. Svaki podčvor iscrtava se sam pozivanjem draw() metode i to pod uvjetom da čvor sam postavlja zahtjev za lokacijom i veličinom, ali roditeljski č vor (grupa pogleda) donosi konačnu odluku o veličini prostora za iscrtavanje podčvora i njegovoj lokaciji na zaslonu. Svaka grupa pogleda je odgovorna za renderiranje prikaza svojih podčvorova.

4.3.1 Izbornik

Za pristup izborniku aplikacije najčešće se koristi tipka MENU koja se nalazi na samom uređaju (ukoliko je hardverski podržano) ili se izbornik može prikazati ukoliko se odabere neka od komponenti aplikacije. Strukturu izbornika, koja je hijerarhijska, nije potrebno ručno konfigurirati nego se isto postiže definiranjem povratnih (eng. callback) metoda onCreateOptionsMenu() ili onCreateContextMenu() s popisom stavki izbornika za određenu aktivnost.
Upravljanje događajima također se odvija automatski pozivanjem metoda onOptionsItemSelected() ili onContextItemSelected() od strane sustava.

4.3.2 Događaji unutar korisničkog sučelja

Kako bi se znalo da je korisnik uopće odabrao neku od aktivnosti ili stavku u izborniku sučelja potrebno je definirati način na koji korisnik vrši interakciju s određenim komponentama sučelja. Postoje dva načina:

4.3.3 Dodatne mogućnosti

Osim osnovnih komponenti aplikacija može sadržavati mnoštvo dodatnih elemenata i njihovih varijacija. Spomenut ćemo adaptere, te stilove i teme.
Adapteri su vrsta podklase ViewGroup koja se koristi za prikaz gotovih pohranjenih podataka (za razliku od iscrtavajućih grupa i nizova).
Kao dio aplikacijskog sustava postoje već gotovi stilovi i teme, no također je moguće stvoriti i vlastite. Stil je skup jednog ili više atributa za oblikovanje zasebnih elemenata u prikazu (npr. definiranje određene veličine prikaza i boje slova). Tema je skup jednog ili više atributa za oblikovanje koji se primjenjuju na jednu ili sve aktivnosti u aplikaciji (npr. definiranje određenih pozadinskih boja, izgleda teksta za određenu aktivnost).

4.4 Datoteka AndroidManifest.xml

Svaka aplikacija obavezno mora sadržavati datoteku AndroidManifest.xml koja ju opisuje. Ova datoteka nalazi se u korijenskom direktoriju paketa, te sadrži slijedeće informacije o aplikaciji:

naziv paketa -služi kao jedinstveni identifikator aplikacije,
opis komponenti - aktivnosti, usluge, pružatelji sadržaja, filtere namjera (eng.
Intent Filters), Broadcast Recievers itd.,
odredbe o tome koji će procesi sadržavati programske komponente, deklaracija dozvola za pristup aplikacijskim komponentama od strane drugih aplikacija,
minimalna razina Android API-ja koju zahtjeva aplikacija,
popis biblioteka s kojima aplikacija treba biti povezana i
popis instrumentacijskih klasa koje osiguravaju oblikovanje i ostale informacije
dok je aplikacija aktivna - ove deklaracije su prisutne u AndroidManifest.xml
datoteci prilikom razvoja i testiranja, te se izbacuju prije njenog objavljivanja.

<?xml version="1.0" encoding=Mutf-8M?> <manifest>
<uses-permission /> <permission /> <permission-tree /> <permission-group /> <instrumentation /> <uses-sdk /> <application> <activity> <intent-filter> <action /> <category /> <data /> </intent-filter> <meta-data /> </activity> <activity-alias>
<intent-filter> . . . </intent-filter> <meta-data /> </activity-alias>
<service>____________________________
<intent-filter> . . . </intent-filter>
<meta-data/> </service> <receiver>
<intent-filter> . . . </intent-filter>
<meta-data /> </receiver> <provider>
<grant-uri-permission />
<meta-data /> </provider> <uses-library /> </application>
</manifest>____________________________________________

U tablici 4.1 [7] prikazani su osnovni elementi datoteke AndroidManifest.xml čije značenje sljedeće:

Dozvole se definiraju zbog hardverski ograničenog pristupa memoriji jednog procesa od strane drugog, te zato što je svakoj aplikaciji dodijeljen specifični korisnički ID. Neke od najčešće korištenih dozvola su:

Uređivanje AndroidManifest.xml može biti ručno pisanjem XML koda ili korištenjem uređivača koji dolazi kao dio ADT-a.

4.5 Podatkovni resursi

Pod pojmom podatkovnih resursa podrazumijevaju se vanjski podaci (slike, video, teme, XML kod i slično) koji se koriste u aplikaciji, a nisu dio programskog koda. Podatkovni resursi u aplikacijskom paketu smješteni su u vlastitom direktoriju pod nazivom res/. Ovo odjeljivanje se prvenstveno radi zbog lakšeg upravljanja, ažuriranja i manipulacije podacima. Podatkovni resursi prevode se pomoću alata AAPT ovisno o tipu i poddirektoriju u kojem se nalaze. Ovisnost tipa podatkovnog resursa i lokacije u paketu prikazana je u tablici 4.2.
Važno je napomenuti da se XML datoteke pretvaraju u binarni zapis kako bi se zbog veće efikasnosti mogle brže učitati.

Dozvoljeni znakovi u zapisu podatkovnih resursa su mala slova, brojevi, točka i podvlaka. Prilikom prevođenja stvara se posebna klasa naziva R koja sadrži identifikatore podatkovnih resursa za razliku od standardnih Java podatkovnih resursa koji su referencirani po ključevima tipa String. Ova klasa sastoji se od niza podklasa, svaka za različitu vrstu podataka.

4.5.1 Upotreba resursa u kodu

Podaci se u kodu pozivaju preko identifikatora sintaksama R.resource_type.resource_name ili android.R.resource_type.resource_name pri eemu nije potrebno navoditi ime paketa. Resource_type je podklasa koja sadrži određenu vrstu podatkovnog resursa, a resource_name je ime resursovog atributa definiranog u XML datoteci ili ime datoteke, bez sufiksa, za podatkovne resurse definirane od strane nekog drugog podatkovnog tipa. Razlika između ove dvije spomenute sintakse je u tome što se sintaksa android.R.resource_type.resource_name koristi za već postojeće podatkovne resurse u sustavu.

4.5.2 Upotreba resursa u drugim podatkovnim resursima

Podaci se mogu referencirati i iz drugih resursa (npr. XML datoteke). Ovo se ponajviše
koristi prilikom izrade stilova i datoteka prikaza. Za referenciranje jednog resursa iz
drugog koristi se notacija @ u sintaksi
attribute="@[packagename:]resourcetype/resourceidentifier ".

4.5.3 Upotreba sistemskih resursa

Odnosi se na upotrebu resursa koje već koriste neke izvorne aplikacije. Korištenje ovih podatkovnih resursa sli no je korištenju vlastitih resursa s razlikom da im se pristupa u klasi android.R.

5. Povezivanje s poslužiteljem

Komunikacija pokretnog uređaja i udaljenog poslužitelja odvija se na razini arhitekture klijent - poslužitelj (eng. Client - Server).
Postoje razli iti na ini kojima se može ostvariti komunikacija između klijenta i poslužitelja. Izbor određene kombinacije protokola i na ina povezivanja ovisi o vrsti usluge.
Razmatranje na ina povezivanja zapo et ć emo na transportnom sloju usporedbom protokola UDP (eng. User Datagram Protocol) i TCP (eng. Transmission Control Protocol). Transportni sloj rješava nedostatke IP (eng. Internet Protocol) sloja. Sadrži rješenja za kontrolu pogrešaka i kontrolu toka. Izbor protokola transportnog sloja određuje se ovisno o korisnikovim zahtjevima. Transportni sloj omogućava više transportnih veza preko jedne mrežne veze tzv. multipleksiranje. Takvu konekciju definiraju dvije priključnice (eng. socket) koje se sastoje od tri parametara: vrste protokola (UDP ili TCP), IP adrese i broja vrata (eng. port).
Nakon transportnog sloja promatrat ć emo povezivanje korištenjem protokola aplikacijskog sloja, konkretno HTTP (eng. Hyper Transfer Protocol) konekciju u sklopu čega ćemo obradit parsiranje jednostavnog XML dokumenta koji se nalazi na udaljenom poslužitelju.

5.1 Protokol UDP

UDP je standardni Internetski protokol opisan u specifikaciji RFC 768. To je jednostavni protokol koji osigurava beskonekcijski orijentiranu uslugu s nepouzdanim prijenosom podataka, bez kontrole toka i kontrole zagušenja. Paketi nisu numerirani, a zaštitna suma u zaglavlju nije obavezna tako da se ne vrši provjera pogreške prilikom prijenosa. O pouzdanosti prijenosa, ako je potrebno, brine sama aplikacija. Ukoliko iz nekog razloga dođe do odbacivanja paketa, ne vrši se dojava o grešci. UDP protokol zapravo služi kao omotač (eng. wrapper) između aplikacije i IP protokola.

5.1.1 Aplikacija koja koristi UDP komunikaciju

U nastavku je prikazan primjer jednostavne UDP komunikacije Android klijenta s udaljenim poslužiteljem. Aplikaciju čine dvije klase: klasa aktivnosti UDPConnection i klasa koja predstavlja klijent. Klijent je u mogućnosti poslati i primiti jedan UDP paket. Za potrebe testiranja aplikacije UDP poslužitelj ostvaren je pomoću programa netcat na udaljenom poslužitelju sintaksom nc -u -l -p 6666.

Kod 5.1: Klasa UDPExample (Main Activity)

package hr.fer.tel.android;
import android.app.Activity; import android.os.Bundle;
public class UDPExample extends Activity {
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle icicle) { super.onCreate(icicle); setContentView(R.layout.maiw);
// Start the Client Client c = new Client(); new Thread(c).start();

Klasa UDPExample obavlja inicijalizaciju UDP klijenta. Metoda onCreate() u klasi UDPExample nadjačava metodu istog naziva iz klase Activity. Ako se aktivnost ponovo inicijalizira u varijabli icicle nalazit ć e se podaci prethodno spremljeni metodom onSavelnstanceState(Bundle). Pozivom metode setContentView(R.layout.main) definira se prikaz na zaslonu. Zatim se klijent inicijalizira i pokreće u novoj dretvi.

Kod 5.2: Klasa Client
package hr.fer.tel.android;
import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress;
import android.util.Log;
public class Client implements Runnable {
public static final String SERVERIP = "161.53.71.194";   // Remote host IP
public static final int SERVERPORT = 6666;
@Override
public void run()   { try {
// Retrieve the ServerName InetAddress serverAddr = InetAddress.getByName(SERVERIP);
Log.d("UDP",   "C:   Connecting...");
/* Create new UDP Socket */
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(); // Sending packet
byte[]   bufS =   ("Hello from Client!\n").getBytes();
/* Create UDP packet */
DatagramPacket packets = new DatagramPacket(bufS,
bufS.length,
serverAddr,   SERVERPORT); Log.d("UDP",   "C:   Sending:   '" + new String(bufS)   +
);
/* Sending out the packet */
socket.send(packetS);
Log.d("UDP",   "C:   Sent.");
// Receiving packet
byte[]   bufR = new byte[10];
DatagramPacket packetR = new DatagramPacket(bufR,
bufR.length);
/* Receiving the packet */ socket.receive(packetR); Log.d("UDP",   "C:   Received:   '" + new String(packetR.getData())
+       );
} catch   (Exception e)   {
Log.e("UDP",   "C:   Error",   e);
}
}
J_______________________________________________________________________

Klasa Client implemetira sučelje Runnable što je nužno kako bi se mogla odvijati u posebnoj dretvi. Komunikacija s UDP serverom obavlja se korištenjem klasa DatagramSocket i DatagramPacket. Klasa InetAddress koristi se za pohranu IP adrese servera. U ovom jednostavnom primjeru klijent šalje znakovni niz "Hellofrom Client!\n", te prima 10 okteta podataka i sprema ih u polje.

5.2 Protokol TCP

TCP je standardni konekcijski orijentirani Internetski protokol opisan u osnovnoj specifikaciji RFC 793. Osigurava uspostavu konekcije i dvosmjerni prijenos kontinuiranog niza podataka pakiranjem okteta podataka u segmente koje prenosi protokol mrežnog sloja. Svakom oktetu dodjeljuje se slijedni broj (eng. sequence number) č ime se osigurava retransmisija podataka u slučaju gubitka ili pogrešnog prijenosa na principu potvrde prijama ispravnog okteta na prijamnoj strani. Također, omogućava simultano korištenje od strane više procesa definiranjem dodatne adresne informacije tzv. broja vrata (eng. port number) koji jednoznačno određuje IP korisnika.

5.2.1 Aplikacija koja koristi TCP komunikaciju

U nastavku je prikazan kod jednostavne TCP komunikacije Android klijenta s udaljenim poslužiteljem. Klijent šalje i prima po jedan paket podataka.
Za potrebe testiranja aplikacije TCP poslužitelj ostvaren je pomoću programa netcat na udaljenom poslužitelju sintaksom nc -l -p 6666.

Kod 5.3: Klasa TCPConnection (Main Activity)
package hr.fer.tel.android;
import android.app.Activity; import android.os.Bundle;
public class TCPConnection extends Activity {
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle icicle) { super.onCreate(icicle); setContentView(R.layout.maiw);
Thread cThread = new Thread( new Client());

cThread.start();

}

Klasa TCPConnection ponaša se isto kao i klasa UDPExample.

Kod 5.4: Klasa Client
package hr.fer.tel.android;
import java.io.BufferedReader; import java.io.BufferedWriter; import java.io.InputStreamReader; import java.io.OutputStreamWriter; import java.io.PrintWriter; import java.net.InetAddress; import java.net.Socket;
import android.util.Log;
public class Client implements Runnable {
public static final String SERVERIP = "161.53.71.194"; public static final int SERVERPORT = 6666;
public static String STR;
public void run()   {
try {
InetAddress serverAddr =
InetAddress.getByName(SERVERIP);
Log.d("TCP",   "C:   Connecting...");
Socket socket = new Socket(serverAddr, SERVERPORT); // Sending message
String message = "Hello from Client!";
Log.d("TCP",   "C:   Sending:   '" + message + "'"); PrintWriter out = new PrintWriter( new BufferedWriter( new
OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
out.println(message); Log.d("TCP",   "C:   Sent."); Log.d("TCP",   "C:   Done.");
// Getting message
Log.d("TCP",   "C:   Getting message.."); BufferedReader in = new BufferedReader(new
InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String STR = in.readLine();
System.out.println("C:   Received:   '" + STR + "'");
} catch (Exception e) {
Log. e("TCP",   "C: Error",   e);

Kod TCP komunikacije situacija je slična kao i kod UDP komunikacije uz manje izmjene. Za komunikaciju se koristi klasa Socket, a podaci se ne enkapsuliraju u datagrame nego se prenose kao struja podataka. Metode za rad sa strujom podataka su PrintWriter(), BufferedWriter() i OutputStreamWriter() koje služe za slanje, te BufferedReader() i InputStreamWriter() za primanje znakovnog niza.

5.3 Korištenje protokola HTTP

WWW (eng. World Wide Web) usluga u mreži je izvedena na modelu klijent-poslužitelj protokolom HTTP. HTTP je standardni Internetski protokol aplikacijskog sloja koji definira format i način razmjene poruka između klijenta i poslužitelja. Poruke koje se prenose formirane su u obliku zahtjeva i odgovora. HTTP asocijacija ostvaruje se preko TCP veze. Poslužitelj konstantno osluškuje TCP zahtjeve na dobro poznatim vratima 80 (ukoliko nije drugačije definirano), dok klijent pokreće TCP vezu sa slobodno odabranih vrata na lokalnom računalu na IP adresu poslužitelja i TCP vrata 80. Nakon uspostave TCP veze, dolazi do izmjene zahtjeva i odgovora.

5.3.1 Aplikacija koja koristi protokol HTTP

U narednim primjerima bit ć e prikazana izvedba uspostave HTTP veze i načini obrade jednostavne XML datoteke s udaljenog poslužitelja.

5.3.1.1 HTTP konekcija

Kod 5.5: Metoda za ostvarenje HTTP veze
private InputStream openHttpConnection(String urlString)
throws IOException
{
InputStream in = null; int response = -1;
URL url = new URL(urlString); URLConnection conn = url.openConnection();
if (!(conn instanceof HttpURLConnection))
throw new IOException("Not an HTTP connection");

try{
HttpURLConnection httpConn =   (HttpURLConnection)   conn; httpConn.setAllowUserInteraction( false); httpConn.setInstanceFollowRedirects( true); httpConn.setRequestMethod("GET"); httpConn.connect();
response = httpConn.getResponseCode(); if   (response == HttpURLConnection.HTTP_OK)   { in = httpConn.getInputStream();
}
}
catch   (Exception ex) {
throw new IOException("Error connecting");
}
return in;
}____________________________________________________________________________

Metoda openHttpConnection(String urlString) otvara HTTP vezu prema poslužitelju, te vraća sadržaj na adresi urlString kao struju podataka. Klase URL i URLConnection obavljaju spajanje na zadani urlString. Korištenjem instanceof operatora provjerava se da li je otvorena konekcija uistinu HTTP. Spajanje na URL obavlja se korištenjem HTTP metode GET. Uspješnost zahtjeva provjerava se pomoću koda odgovora (eng. response code). U slučaju uspješnog zahtjeva kod odgovora mora imati vrijednost HttpURLConnection.HTTPOK, tj.brojčanu vrijednost 200.

5.3.1.2 XML parser

XML je jezik č ija je glavna namjena olakšavanje pohrane i razmjene podataka. SAX (eng. Simple API for XML) i DOM (eng. Document Object Model) su u Javi dva najvažnija API-a za pristup XML dokumentima, također podržanih u Android SDK. SAX API temelji se na serijskom č itanju XML dokumenta. Upotrebom DOM API-a dokument se č ita odjednom i pohranjuje u memoriju u obliku stabla, gdje su čvorovi stabla komponente dokumenta.
DOM se najčešće upotrebljava kod aplikacija gdje se određenom dokumentu pristupa uzastopno i nesekvencijalno, dok se SAX koristi za sekvencijalno i jednoprolazno čitanje dokumenta.

U nastavku ćemo obraditi sljedeći primjer XML dokumenta:

Kod 5.6: XML primjer

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <popis> <tramvaj id="1"> <broj>14</broj> <smjer>+</smjer> <n>454600</n> <e>155100</e> </tramvaj>
</popis>_________________________________________________________________

DOM API

Parsiranje XML dokumenta DOM metodom ostvaruje se pomoću ugrađenih klasa DocumentBuilder koja izvornu XML datoteku pretvara u objekt Document, te DocumentBuilderFactory stvara instance klase DocumentBuilder. Nakon učitavanja dokumenta u Document objekt moguće je izdvojiti i obraditi željene elemente. Prilikom DOM parsiranja najprije se uspostavlja HTTP veza i preuzima XML datoteka. U nastavku su prikazani važniji elementi koda za parsiranje dokumenta.

Kod 5.7: Dio koda za parsiranje XML-a DOM metodom

(... )
doc.getDocumentElement().normalize(); // Retrieve all the <item> nodes
NodeList itemNodes = doc.getElementsByTagName("tramvaj");
for (int i = 0; i < itemNodes.getLength(); {
Node itemNode = itemNodes.item(i);
if (itemNode.getNodeType() == Node.ELEMENT_NODE){ // Convert the Node into an Element Element itemElement = (Element) itemNode;
String strNumber = getInnerText(itemElement,
"broj");
String strDirection = getInnerText(itemElement,
"smjer");
String strN = getInnerText(itemElement, "n"); String strE = getInnerText(itemElement, "e");

Kod 5.8: Dio koda za parsiranje XML-a DOM metodom
private String getInnerText(Element itemElement, String tagName){
String result = "";
// Get all the <tagName> element under the <itemElement> NodeList numberNodes = itemElement.getElementsByTagName(tagName);
// Convert a Node into an Element
Element numberElement =   (Element)   numberNodes.item(0);
// Get all the child nodes under the <broj> element NodeList textNodes =   ((Node)   numberElement).getChildNodes();
// Retrieve the text of the <tagName> element result =   ((Node)   textNodes.item(0)).getNodeValue();
return result;
}____________________________________________________________________________

Kod parsiranja DOM metodom, osnovne klase koje koristimo su Node i Element i predstavljaju reprezentacije čvorova u XML dokumentu. Osnovne metode koje koristimo su getElementsByTagName() koja dohvaća listu čvorova određene oznake (eng. tag), getNodeType() kojom provjeravamo tip čvora, te item(index) kojom dohvaćamo podčvor s indeksom index.
Metoda getInnerText() je pomoćna metoda napisana za potrebe ovog specifičnog primjera. Ta metoda za neki objekt tipa Element i oznaku tagName dohvaća sadržaj prvog podčvora koji je oznake tagName.

SAX API

Parsiranje XML dokumenta SAX metodom ostvaruje se pomoću ugrađenih klasa SAXParser koja stvara omotač oko objekta SAX XMLReader, te klase SAXParserFactory stvara instance klase SAXParser.
Aplikacija je izvedena pomoću tri klase iz kojih će biti prikazani najvažniji dijelovi.
Kod 5.9: Dio koda za SAX parsiranje iz klase XMLParser

// Create a URL we want to load the tram info from URL url = new URL("http://.../zeljeni.xml");
// Get a SAXParser from the SAXPArserFactory SAXParserFactory parserFactory = SAXParserFactory.newI^stance();
SAXParser parser = parserFactory.newSAXParser();
// Get the XMLReader of the SAXParser we created XMLReader reader = parser.getXMLReader();
// Create a new ContentHandler and apply it to the XML-
Reader
TramXmlParser tramParser = new TramXmlParser(); reader.setContentHandler(tramParser);
// Parse the xml-data from our URL reader.parse( new InputSource(url.openStream()));
// Get the parsed data from the Tram XML Parser TramDataSet tramDataSet = tramParser.getParsedData();

Kod 5.10: Kod za SAX parsiranje iz klase TramXmlParser

public class TramXmlParser extends DefaultHandler {
/** the fields representing the XML tags for each tram, used in parsing */
private boolean number = false;
private boolean direction = false;
private boolean n = false;
private boolean e = false;
/** the object in which the data from the XML will be stored */ private TramDataSet tramDataSet = new TramDataSet();
public TramDataSet getParsedData()   { return this.tramDataSet;
}
@Override
public void startDocument()   throws SAXException { this.tramDataSet = new TramDataSet();
}
@Override
public void endDocument()   throws SAXException {
}
/** Gets called on opening tags like:

<tag>
Can provide attribute(s), when xml has attributes, like:

*   <tag attribute="attributeValue">*/ @Override
public void startElement(String namespaceURI, String localName, String qName, Attributes atts)   throws SAXException { if   (localName.equals("tramvaj")) {
// Extract an Attribute
String attrValue = atts.getValue("id"); tramDataSet.setId(Integer. parseInt(attrValue)); } else if   (localName.equals("smjer")) {
this.direction = true; } else if   (localName.equals("broj")) {
this.number = true; } else if (localName.equals("n")) {
this.n = true; } else if (localName.equals("e")) { this.e = true;
}
/** Gets called on closing tags like:
*   </tag> */
@Override
public void endElement(String namespaceURI, String localName, String qName)
throws SAXException { if   (localName.equals("smjer")) {
this.direction = false; } else if (localName.equals("broj")) { this.number = false;
} else if (localName.equals("n")) {
this.n = false;
} else if (localName.equals("e")) {
this.e = false;
}
}
/** Gets called on the following structure:
*   <tag>characters</tag> */
@Override
public void characters( char ch[], int start, int length) { if   ( this .number) {
tramDataSet.setNumber(Integer. parseInt( new String(ch,

length)); length)); length));
}

start, length)) );
}
if ( this.direction) {

}
if ( this.n) {
tramDataSet.setLatitude( new String(ch, start,
}
if ( this.e) {
tramDataSet.setLongitude( new String(ch, start,
}

tramDataSet.setDirection( new String(ch, start,

JSON je vrlo jednostavan jezik za razmjenu podataka ekstenzije .json. Koristi se prilikom programiranja Ajax (eng. Asynchronous JavaScript + XML) web-aplikacija kao alternativa XML-u.
CSV je zapis koji se najčešće koristi kod tabličnih struktura zapisa. Podaci su međusobno odvojeni zarezom. Svaka linija CVS zapisa odgovara jednom retku tablice.

5.4 Protokol HTTPS

Protokol HTTPS (eng. Hyper Text Transfer Protocol Secure) kombinacija je protokola HTTP i kriptografskih protokola SSL (eng. Secure Socket Layer) ili TLS (eng. Transport Layer Security). Sintaksa protokola HTTPS identična je protokolu HTTP s time da je inicijalna postavka dobro znanih vrata 443 (umjesto 80). Koristi se kao sigurna verzija
protokola HTTP.
Kod komunikacije s poslužiteljem protokolom HTTPs neće biti detaljno prikazan zbog velike sličnosti s protokolom HTTP.

5.5 Ostali načini komunikacije s poslužiteljem

Osim spomenutih protokola UDP, TCP, HTTP i HTTPS, klijent i poslužitelj mogu komunicirati preko FTP (eng. File Transfer Protocol), protokola Telnet, protokola SSH (eng. Secure Shell) i drugih protokola za koje postoji već ostvarena aplikacijska programska podrška za Android, te ih nećemo detaljnije obrađivati.

U sklopu seminarskog rada napravljen je pregled cjelokupne arhitekture sustava Android, osvrt na paket softverskih razvojnih alata (Android SDK), objašnjen je koncept aplikacije, te realizirana praktična izvedba različitih načina povezivanja s poslužiteljem. Govoreći o arhitekturi sustava posebna pažnja posvećena je slojevima sustava i njihovim elementima, te virtualnom stroju Dalvik koji je istaknut kao novitet u arhitekturi sustava za male uređaje. U sklopu poglavlja o paketu softverskih razvojnih alata dan je detaljan opis najvažnijih komponenti i njihovih funkcija. Obrađeni su emulator pokretnog uređaja, DDMS i ADB. Na razini aplikacije opisani su njezina osnovna struktura, životni ciklus, način razvoja i princip prikaza elemenata korisničkog sučelja, datoteka AndroidManifest.xml, te podatkovni resursi i njihova upotreba. Na kraju su realizirani praktični primjeri povezivanja Android klijenta s udaljenim poslužiteljem upotrebom
protokola UDP, TCP i HTTP. Korištenjem protokola HTTP obrađeno je DOM i SAX
parsiranje jednostavnog XML dokumenta. Za realizaciju praktičnog dijela zadatka korišteni su Eclipse IDE, Android SDK, Android ADT i udaljeni Linux poslužitelj. Aplikacije su testirane na emulatoru.

S obzirom na činjenicu da je Android tek kratko vrijeme zastupljen u svijetu pokretnih uređaja iza sebe ima izrazito bogatu bazu stručne literature i podrške na Internetu. Zahvaljujući otvorenosti programskog koda razvojnim programerima omogućen je uvid u već postojeće aplikacije i primjerke koda. Na Internetu je moguće pronaći primjerke različitih vrsta aplikacija ili dijelova koda. Razvojnim programerima u korist ide i bogata baza biblioteka i alata za izradu aplikacija.
Također, Android SDK vrlo dobro funkcionira s Eclipse IDE. Zamjerke su siromašan skup grafičkih sučelja za emulator, te nepravilno funkcioniranje emulatora ukoliko se pokreće automatski pozivom iz Eclipsea. To znači da je za ispravan rad emulator u pravilu trebalo pokrenuti prije pokretanja Eclipsea, jer u suprotnom dolazi do neispravnog rada aplikacije na emulatoru.

U sklopu diplomskog zadatka bit ć e potrebno realizirati uslugu praćenja tramvajskog prometa korisniku u pokretu na operacijskom sustavu Android. Za ostvarenje istog koristit ć e se postojeći simulator tramvajskog prometa. Ovisno o implementaciji simulatora trebat će razmotriti najbolji način spajanja na poslužitelj i dohvat podataka s njega. Vrlo vjerojatno će se raditi o kombinaciji protokola HTTP i dohvata podataka u nekom od spomenutih zapisa.
Osnovna vizija klijentske aplikacije za pokretni uređaj je izvedba korisničkog sučelja s vizualnim prikazom položaja svih ili ž eljenih tramvaja na karti na temelju podataka dobivenih od udaljenog poslužitelja.

[1] E. Burnette, Hello, Android, 2008. [2] N. Gramlich, andbook!
http://andbook.anddev.org/
[3] Mike, Androidology Part 1 of 3 - ArchitectureOverview
http://www.youtube.com/watch?v=Mm6Ju0xhUW8, 2007.
[4] R. Meier, Professional Android Application Development, 2009.
[5] D. Bornstein, Dalvik Virtual Machine Internals.
http://www.youtube.com/watch?v=ptjedOZEXPM, 2008.
[6] Android deveopers, Tools Overview.
http://developer.android.com/guide/developing/tools/index.html, 2009.
[7] Android developers, The AndroidManifest.xml File.
http://developer.android.com/guide/topics/manifest/manifest-intro.html, 2009.

Operacijski sustav Android i načini povezivanja s poslužiteljem