Arquitectura de IOS 5 y marcos de SDK

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Cuando desarrollamos aplicaciones para el iPad, Apple no nos permite el acceso directo a ninguno de estos hardware. De hecho, toda interacción de hardware tiene lugar exclusivamente a través de una serie de diferentes capas de software que actúan como intermediarios entre el código de la aplicación y el hardware del dispositivo. Estas capas conforman lo que se conoce como sistema operativo. En el caso del iPad, este sistema operativo se conoce como iOS.

Para comprender mejor el entorno de desarrollo del iPad, este capítulo analizará en detalle las diferentes capas que componen el sistema operativo iOS 5 y los marcos que nos permiten, como desarrolladores, escribir aplicaciones para iPad.

iPhone OS se convierte en iOS

Antes del lanzamiento del iPad en 2010, el sistema operativo que se ejecuta en el iPhone se conoce generalmente como el iPhone OS. Dado que el sistema operativo utilizado para el iPad es esencialmente el mismo que en el iPhone, no tenía mucho sentido llamarlo iPad OS. En su lugar, Apple decidió adoptar un nombre más genérico y no específico del dispositivo para el sistema operativo. Dada la predilección de Apple por los nombres con el prefijo » i » (iTunes, iBookstore, iMac, etc.), la opción lógica era, por supuesto, iOS. Desafortunadamente, iOS es también el nombre utilizado por Cisco para el sistema operativo en sus enrutadores (parece que Apple también tiene una predilección por ignorar las marcas comerciales). Por lo tanto, al realizar una búsqueda en Internet para iOS, prepárese para ver un gran número de resultados para iOS de Cisco que no tienen absolutamente nada que ver con iOS de Apple.

Descripción general de la arquitectura de iOS 5

Como se mencionó anteriormente, iOS consta de varias capas de software diferentes, cada una de las cuales proporciona marcos de programación para el desarrollo de aplicaciones que se ejecutan sobre el hardware subyacente.

Estas capas del sistema operativo se pueden presentar de forma esquemática como se ilustra en la Figura 4-1:

Gráfico 4-1

Algunos diagramas diseñados para representar gráficamente la pila de software iOS muestran una caja adicional colocada encima de la capa Cocoa Touch para indicar las aplicaciones que se ejecutan en el dispositivo. En el diagrama anterior no lo hemos hecho, ya que esto sugeriría que la única interfaz disponible para la aplicación es Cocoa Touch. En la práctica, una aplicación puede llamar directamente a cualquiera de las capas de la pila para realizar tareas en el dispositivo físico.

Dicho esto, sin embargo, cada capa del sistema operativo proporciona un nivel creciente de abstracción lejos de la complejidad de trabajar con el hardware. Por lo tanto, como desarrollador de iOS, siempre debe buscar soluciones para sus objetivos de programación en los marcos ubicados en las capas de iOS de nivel superior antes de recurrir a escribir código que llegue a las capas de nivel inferior. En general, cuanto más alto nivel de capa programe, menos esfuerzo y menos líneas de código tendrá que escribir para lograr su objetivo. Y como cualquier programador veterano le dirá, cuanto menos código tenga que escribir, menos oportunidades tendrá de introducir errores.

Ahora que hemos identificado las diversas capas que componen iOS 5, ahora podemos ver con más detalle los servicios proporcionados por cada capa y los marcos correspondientes que hacen que esos servicios estén disponibles para nosotros como desarrolladores de aplicaciones.

La capa Táctil de Cocoa

La capa táctil de Cocoa se encuentra en la parte superior de la pila de iOS y contiene los frameworks más utilizados por los desarrolladores de aplicaciones para iPad. Cocoa Touch está escrito principalmente en Objective-C, se basa en la API Cocoa estándar de Mac OS X (como se encuentra en las computadoras de escritorio y portátiles de Apple) y se ha ampliado y modificado para satisfacer las necesidades del hardware del iPad.

La capa táctil Cocoa proporciona los siguientes marcos para el desarrollo de aplicaciones para iPad:

Marco UIKit (UIKit.framework)

El framework UIKit es una interfaz de programación basada en Objective-C amplia y rica en funciones. Es, sin lugar a dudas, el marco con el que pasará la mayor parte de su tiempo trabajando. Se podrían escribir libros enteros, y probablemente se escribirán, solo sobre el marco UIKit. Algunas de las características clave de UIKit son las siguientes:

• Creación y gestión de la interfaz de usuario (campos de texto, botones, etiquetas, colores, fuentes, etc.)
• Gestión del ciclo de vida de la aplicación
• Gestión de eventos de la aplicación (p. ej. interacción de usuario con pantalla táctil)
• Multitarea
• Impresión inalámbrica
• Protección de datos mediante cifrado
• Funcionalidad de cortar, copiar y pegar
• Presentación y administración de contenido web y de texto
• Manejo de datos
• Integración entre aplicaciones
• Notificación push junto con el Servicio de notificaciones Push
• Notificaciones locales (un mecanismo por el que una aplicación que se ejecuta en segundo plano puede llamar la atención del usuario)
• Accesibilidad
• Acelerómetro, batería, sensor de proximidad, interacción de cámara y fototeca
• Reconocimiento de gestos con pantalla táctil
• Intercambio de archivos (la capacidad de hacer que los archivos de la aplicación almacenados en el dispositivo estén disponibles a través de iTunes)
• Conectividad peer to peer basada en dientes azules entre dispositivos
• Conexión a pantallas externas

Para hacerse una idea de la riqueza de este marco, vale la pena pasar un tiempo Material de referencia de UIKit que está disponible en línea en:

http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/UIKit/Reference/UIKit_Framework/index.html

Map Kit Framework (MapKit.

Si ha pasado algún tiempo apreciable con un iPad, es probable que haya necesitado usar la aplicación de mapas más de una vez, ya sea para obtener un mapa de un área específica o para generar direcciones de conducción para llegar a su destino previsto. El marco de trabajo Map Kit proporciona una interfaz de programación que le permite crear capacidades basadas en mapas en sus propias aplicaciones. Esto le permite, entre otras cosas, mostrar mapas desplazables para cualquier ubicación, mostrar el mapa correspondiente a la ubicación geográfica actual del dispositivo y anotar el mapa de varias maneras.

Servicio de notificaciones push

El Servicio de notificaciones Push permite a las aplicaciones notificar a los usuarios de un evento incluso cuando la aplicación no se está ejecutando actualmente en el dispositivo. Desde la introducción de este servicio, ha sido utilizado con mayor frecuencia por aplicaciones basadas en noticias. Por lo general, cuando hay noticias de última hora, el servicio generará un mensaje en el dispositivo con el titular de la noticia y proporcionará al usuario la opción de cargar la aplicación de noticias correspondiente para leer más detalles. Esta alerta suele ir acompañada de una alerta de audio y vibración del dispositivo. Esta función debe usarse con moderación para evitar molestar al usuario con interrupciones frecuentes.

Marco de interfaz de usuario de mensajes (MessageUI.framework)

El framework de interfaz de usuario de mensajes proporciona todo lo que necesita para permitir a los usuarios redactar y enviar mensajes de correo electrónico desde su aplicación. De hecho, el marco incluso proporciona los elementos de la interfaz de usuario a través de los cuales el usuario ingresa la información de dirección de correo electrónico y el contenido del mensaje. Alternativamente, esta información puede ser predefinida dentro de su aplicación y luego mostrada para que el usuario la edite y apruebe antes de enviarla.

Marco de interfaz de usuario de libreta de direcciones (Direccionamiento.framework)

Dado que una función clave del iPad es como dispositivo de comunicaciones y asistente digital, no debería sorprender que todo un framework esté dedicado a la integración de los datos de la libreta de direcciones en sus propias aplicaciones. El propósito principal del marco es permitirle acceder, mostrar, editar e ingresar información de contacto desde la libreta de direcciones del iPad desde su propia aplicación.

Framework de kit de juego (GameKit.framework)

El framework Game Kit proporciona conectividad de igual a igual y comunicación de voz entre múltiples dispositivos y usuarios, lo que permite que aquellos que ejecutan la misma aplicación interactúen. Cuando esta característica se introdujo por primera vez, Apple anticipó que se usaría principalmente en juegos multijugador (de ahí la elección del nombre), pero las posibles aplicaciones para esta característica claramente se extienden mucho más allá del desarrollo de juegos.

Marco iAd (iAd.framework)

El propósito del framework iAd es permitir a los desarrolladores incluir publicidad de banner dentro de sus aplicaciones. Todos los anuncios son servidos por el propio servicio de anuncios de Apple.

Marco de interfaz de usuario de Kit de eventos

El marco de interfaz de usuario de Kit de eventos se introdujo en iOS 4 y se proporciona para permitir el acceso y la edición de los eventos del calendario desde una aplicación.

Marco de cuentas (Cuentas.framework)

iOS 5 introduce el concepto de cuentas del sistema. Básicamente, permiten almacenar la información de la cuenta de otros servicios en el dispositivo iOS y acceder a ella desde el código de la aplicación. Actualmente, las cuentas del sistema se limitan a cuentas de Twitter, aunque es probable que otros servicios como Facebook aparezcan en futuras versiones de iOS. El propósito del marco de Cuentas es proporcionar una API que permita a las aplicaciones acceder y administrar estas cuentas del sistema.

Twitter Framework (Twitter.framework)

El Framework de Twitter permite agregar la integración de Twitter a las aplicaciones. El marco funciona en conjunto con el Marco de Cuentas para obtener acceso a la información de la cuenta de Twitter del usuario.

La capa Multimedia de iOS

La función de la capa multimedia es proporcionar a iOS capacidades de audio, vídeo, animación y gráficos. Al igual que con las otras capas que componen la pila de iOS, la capa Multimedia comprende una serie de marcos que se pueden utilizar al desarrollar aplicaciones para iPad. En esta sección veremos cada una de ellas a su vez.

Core Video Framework (CoreVideo.framework)

El framework Core Video proporciona soporte de almacenamiento en búfer para el framework Core Media. Si bien esto puede ser utilizado por los desarrolladores de aplicaciones, normalmente no es necesario usar este marco.

Marco de texto principal (CoreText.framework)

El framework de texto básico de iOS es una API basada en C diseñada para facilitar el manejo de los requisitos avanzados de diseño de texto y representación de fuentes.

Marco de E/S de imagen (ImageIO.framework)

El framework de E/S de imagen, cuyo propósito es facilitar la importación y exportación de datos de imagen y metadatos de imagen, se introdujo en iOS 4. El marco es compatible con una amplia gama de formatos de imagen, incluidos PNG, JPEG, TIFF y GIF.

Marco de biblioteca de activos (AssetsLibrary.framework)

La biblioteca de activos proporciona un mecanismo para localizar y recuperar archivos de vídeo y fotos ubicados en el dispositivo iPad. Además de acceder a imágenes y videos existentes, este marco también permite guardar nuevas fotos y videos en el álbum de fotos estándar del dispositivo.

Core Graphics Framework (CoreGraphics.framework)

El framework de gráficos Core de iOS (también conocido como la API Quartz 2D) proporciona un motor de renderizado bidimensional ligero. Las características de este marco incluyen creación y presentación de documentos PDF, dibujo basado en vectores, capas transparentes, dibujo basado en trazados, renderizado con alias, manipulación y administración de colores, renderizado de imágenes y degradados. Aquellos que estén familiarizados con la API Quartz 2D que se ejecuta en macOS X estarán encantados de saber que la implementación de esta API es la misma en iOS.

Core Image Framework (CoreImage.framework)

Un nuevo framework introducido con iOS 5 que proporciona un conjunto de capacidades de filtrado y manipulación de vídeo e imágenes para desarrolladores de aplicaciones.

Armazón de núcleo de cuarzo (Núcleo de cuarzo.framework)

El propósito del framework Quartz Core es proporcionar capacidades de animación en el iPad. Proporciona la base para la mayoría de los efectos visuales y la animación utilizados por el marco UIKit y proporciona una interfaz de programación basada en Objective-C para la creación de animación especializada en aplicaciones para iPad.

Marco OpenGL ES (OpenGLES.

Durante muchos años, el estándar de la industria para el dibujo de gráficos en 2D y 3D de alto rendimiento ha sido OpenGL. Originalmente desarrollada por la ahora desaparecida Silicon Graphics, Inc (SGI) durante la década de 1990 en forma de GL, la versión abierta de esta tecnología (OpenGL) está ahora bajo el cuidado de un consorcio sin fines de lucro que comprende varias compañías importantes, incluida Apple, Inc., Intel, Motorola y ARM Holdings.

OpenGL para Sistemas integrados es una versión ligera de la especificación completa de OpenGL diseñada específicamente para dispositivos más pequeños, como el iPad.

iOS 3 o posterior es compatible con OpenGL ES 1.1 y 2.0 en ciertos modelos de iPhone (como el iPhone 3GS y el iPhone 4). Las versiones anteriores de iOS y modelos de dispositivos anteriores solo admiten OpenGL ES versión 1.1.

Framework GLKit (GLKit.framework)

El framework GLKit es una API basada en Objective-C diseñada para facilitar la tarea de crear aplicaciones basadas en OpenGL ES.

Marco NewsstandKit (NewsstandKit.

La aplicación Kiosco es una nueva característica de iOS 5 y está pensada como una ubicación central para que los usuarios tengan acceso a periódicos y revistas. El framework NewsstandKit permite el desarrollo de aplicaciones que utilizan este nuevo servicio.

Soporte de audio iOS

iOS es capaz de soportar audio en formatos AAC, Apple Lossless (ALAC), A-law, IMA/ADPCM, PCM lineal, µ-law, DVI/Intel IMA ADPCM, Microsoft GSM 6.10 y AES3-2003 a través del soporte proporcionado por los siguientes marcos.

marco AV Foundation (AVFoundation.framework)

Un framework basado en Objective-C diseñado para permitir la reproducción, grabación y administración de contenido de audio.

Marcos de audio principales (CoreAudio.framework, AudioToolbox.marco y AudioUnit.framework)

Los frameworks que componen Core Audio para iOS definen los tipos de audio compatibles, la reproducción y la grabación de archivos y transmisiones de audio, y también proporcionan acceso a las unidades de procesamiento de audio integradas del dispositivo.

Open Audio Library (OpenAL)

OpenAL es una tecnología multiplataforma utilizada para proporcionar efectos de audio 3D de alta calidad (también conocido como audio posicional). El audio posicional se puede usar en una variedad de aplicaciones, aunque generalmente se usa para proporcionar efectos de sonido en juegos.

Framework de reproductor multimedia (MediaPlayer.framework)

El framework de reproductor multimedia iOS puede reproducir vídeo .mov, .mp4,.m4v, y .formatos 3gp con una variedad de estándares de compresión, resoluciones y velocidades de fotogramas.

Core Midi Framework (CoreMIDI.framework)

Introducido en iOS 4, el Core MIDI framework proporciona una API para que las aplicaciones interactúen con dispositivos compatibles con MIDI, como sintetizadores y teclados, a través del conector dock del iPad.

La capa de servicios básicos de iOS

La capa de servicios básicos de iOS proporciona gran parte de la base sobre la que se construyen las capas a las que se hace referencia anteriormente y consta de los siguientes marcos de trabajo.

Marco de libreta de direcciones (Libreta de direcciones.framework)

El framework de libreta de direcciones proporciona acceso programático a la base de datos de contactos de la Libreta de direcciones del iPad, lo que permite a las aplicaciones recuperar y modificar entradas de contactos.

Marco de red CFN (Red CFN.framework)

El framework CFNetwork proporciona una interfaz basada en C a la pila de protocolos de red TCP/IP y acceso de bajo nivel a sockets BSD. Esto permite escribir código de aplicación que funciona con servidores HTTP, FTP y de Nombres de dominio y establecer conexiones seguras y cifradas mediante la Capa de Sockets Seguros (SSL) o la Seguridad de la Capa de Transporte (TLS).

Core Data Framework (CoreData.framework)

Este framework se proporciona para facilitar la creación de modelado y almacenamiento de datos en aplicaciones basadas en Controlador de vista de modelo (MVC). El uso del marco de datos Principales reduce significativamente la cantidad de código que se necesita escribir para realizar tareas comunes cuando se trabaja con datos estructurados dentro de una aplicación.

Core Foundation Framework (CoreFoundation.framework)

El framework Core Foundation es un framework basado en C que proporciona funciones básicas como tipos de datos, manipulación de cadenas, gestión de datos de bloques sin procesar, manipulación de URL, hilos y bucles de ejecución, fecha y hora, manipulación XML básica y comunicación de puertos y sockets. Las capacidades XML adicionales a las incluidas en este marco se proporcionan a través de la biblioteca libXML2. Aunque se trata de una interfaz basada en C, la mayoría de las capacidades del framework Foundation Core también están disponibles con envoltorios Objective-C a través del Framework Foundation.

Core Media Framework (CoreMedia.framework)

El framework de medios de base es la base de nivel inferior sobre la que se construye la capa de base AV. Si bien la mayoría de las tareas de audio y vídeo pueden, y de hecho deben, realizarse utilizando el marco AV Foundation de nivel superior, también se proporciona acceso para situaciones en las que el desarrollador de aplicaciones iOS requiere un control de nivel inferior.

Marco de telefonía central (CoreTelephony.framework)

El framework de telefonía Core de iOS se proporciona para permitir que las aplicaciones interroguen al dispositivo en busca de información sobre el proveedor de servicios de telefonía celular actual y para recibir notificaciones de eventos relacionados con la telefonía.

Marco EventKit (EventKit.framework)

Una API diseñada para proporcionar a las aplicaciones acceso al calendario y las alarmas del dispositivo.

Foundation Framework (Foundation.framework)

El framework Foundation es el framework Objective-C estándar que será familiar para aquellos que han programado en Objective-C en otras plataformas (muy probablemente Mac OS X). Esencialmente, esto consiste en envoltorios Objective-C alrededor de gran parte del marco de base de Core basado en C.

Marco de ubicación central (CoreLocation.marco)

El marco de ubicación Central le permite obtener la ubicación geográfica actual del dispositivo (latitud, longitud y altitud) y las lecturas de la brújula con sus propias aplicaciones. El método utilizado por el dispositivo para proporcionar coordenadas dependerá de los datos disponibles en el momento en que se solicita la información y del soporte de hardware proporcionado por el modelo de iPad en particular en el que se ejecuta la aplicación (el GPS y la brújula solo aparecen en modelos recientes). Esto se basará en lecturas de GPS, datos de red Wi-Fi o triangulación de torres celulares (o alguna combinación de los tres).

Marco de servicios Básicos móviles (MobileCoreServices.framework)

El framework de Servicios Móviles de iOS proporciona la base para el mecanismo de Identificadores de tipo uniformes (UTI) de Apple, un sistema para especificar e identificar tipos de datos. Apple ha definido una amplia gama de identificadores predefinidos, incluidos tipos de datos tan diversos como texto, RTF, HTML, JavaScript y PowerPoint .archivos ppt, imágenes de PhotoShop y archivos MP3.

Marco de kit de tienda (StoreKit.framework)

El propósito del framework Store Kit es facilitar las transacciones comerciales entre tu aplicación y la App Store de Apple. Antes de la versión 3.0 de iOS, solo era posible cobrar a un cliente por una aplicación en el momento en que la compró en la Tienda de aplicaciones. iOS 3.0 introdujo el concepto de «compra en la aplicación», mediante el cual se puede dar al usuario la opción de realizar pagos adicionales desde la aplicación. Esto podría, por ejemplo, implicar la implementación de un modelo de suscripción para una aplicación, la compra de funciones adicionales o incluso la compra de un automóvil más rápido para conducir en un juego de carreras.

Biblioteca SQLite

Permite crear y manipular una base de datos ligera basada en SQL desde su aplicación para iPad.

Marco de configuración del sistema (Configuración del sistema.framework)

El framework de configuración del sistema permite a las aplicaciones acceder a los ajustes de configuración de red del dispositivo para establecer información sobre la «accesibilidad» del dispositivo (por ejemplo, si la conectividad Wi-Fi o celular está activa y si el tráfico se puede enrutar a un servidor y cómo).

Marco de mirada rápida (QuickLook.framework)

El framework Quick Look proporciona un mecanismo útil para mostrar vistas previas del contenido de los tipos de archivos cargados en el dispositivo (normalmente a través de una conexión a Internet o de red) para los que la aplicación no proporciona soporte. Los tipos de formato de archivo compatibles con este marco incluyen iWork, documento de Microsoft Office, Formato de texto enriquecido, Adobe PDF, Archivos de imagen, público.archivos de texto y separados por comas (CSV).

La capa de SO Core de iOS

La capa de SO Core ocupa la posición inferior de la pila de iOS y, como tal, se encuentra directamente en la parte superior del hardware del dispositivo. La capa proporciona una variedad de servicios que incluyen redes de bajo nivel, acceso a accesorios externos y los servicios básicos habituales del sistema operativo, como la administración de memoria, el manejo del sistema de archivos y los subprocesos.

Accelerate Framework (Accelerate.framework)

El framework Accelerate proporciona una API basada en C optimizada por hardware para realizar tareas y cálculos complejos y de gran número de matemáticas, vectores, procesamiento de señales digitales (DSP) y procesamiento de imágenes.

Marco Accesorio externo (Accesorio externo.

Proporciona la capacidad de interrogar y comunicarse con accesorios externos conectados físicamente al iPad a través del conector de base de 30 pines o de forma inalámbrica a través de Bluetooth.

Marco de seguridad (Seguridad.

El marco de seguridad de iOS proporciona todas las interfaces de seguridad que esperaría encontrar en un dispositivo que se pueda conectar a redes externas, incluidos certificados, claves públicas y privadas, políticas de confianza, llaveros, cifrado, resúmenes y Código de autenticación de mensajes basado en Hash (HMAC).

System (libSystem)

Como hemos mencionado anteriormente, iOS está construido sobre una base similar a UNIX. El componente de Sistema de la Capa Principal del sistema operativo proporciona la misma funcionalidad que cualquier otro sistema operativo similar a UNIX. Esta capa incluye el núcleo del sistema operativo (basado en el núcleo Mach desarrollado por la Universidad Carnegie Mellon) y los controladores de dispositivo. El núcleo es la base sobre la que se construye toda la plataforma iOS y proporciona la interfaz de bajo nivel al hardware subyacente. Entre otras cosas, el núcleo es responsable de la asignación de memoria, la gestión del ciclo de vida del proceso, la entrada/salida, la comunicación entre procesos, la gestión de subprocesos, las redes de bajo nivel, el acceso al sistema de archivos y la gestión de subprocesos.

Como desarrollador de aplicaciones, su acceso a las interfaces del sistema está restringido por razones de seguridad y estabilidad. Las interfaces que están disponibles para usted están contenidas en una biblioteca basada en C llamada libSystem. Al igual que con todas las demás capas de la pila de iOS, estas interfaces deben usarse solo cuando esté absolutamente seguro de que no hay forma de lograr el mismo objetivo utilizando un marco ubicado en una capa de iOS superior.

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