站在高處看iOS開發(fā)（2） ——— iOS系統(tǒng)架構(gòu)

引言：

在之前的一篇文章站在高處看iOS開發(fā) ——— 深入淺出iOS操作系統(tǒng)，從Mac OS和iOS的歷史開始，重點(diǎn)講解操作系統(tǒng)內(nèi)核以及之間的核心關(guān)系，本章是對上一章的具體分析 ——— iOS系統(tǒng)架構(gòu)。

iOS系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)構(gòu)架是對已確定的需求的技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)架、作好規(guī)劃，運(yùn)用成套、完整的工具，在規(guī)劃的步驟下去完成任務(wù)百度百科-系統(tǒng)架構(gòu)。例如服務(wù)端經(jīng)常提到的微服務(wù)架構(gòu)，支付寶的支付架構(gòu)等。
操作系統(tǒng)架構(gòu)抽象來說，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或稱計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，是一個(gè)系統(tǒng)在其所處環(huán)境中最高層次的概念；它確定一臺計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間的銜接。具體地說計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀念與架構(gòu)，描述計(jì)算機(jī)在實(shí)做的設(shè)計(jì)原則。它確定一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的部件功能 ，部件間接口 并且計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)著重于“負(fù)責(zé)了計(jì)算機(jī)架構(gòu)的中心功能：計(jì)算”的中央處理器內(nèi)部的運(yùn)行動作與存儲器的訪問。
iOS系統(tǒng)架構(gòu)，簡單理解就是使iOS軟件在iOS硬件上完整、高效運(yùn)轉(zhuǎn)所構(gòu)建的一系列工具。

學(xué)習(xí)的最基礎(chǔ)也是最重要的部分就是官方文檔。OS X 系統(tǒng)框架官方文檔


這是官網(wǎng)上面關(guān)于iOS的系統(tǒng)架構(gòu)，主要分為五個(gè)層次，由內(nèi)而外依次是：

  • 核心操作系統(tǒng)層（Core OS layer）
  • 核心服務(wù)層（Core Services layer）
  • 媒體層（Media layer）
  • 可觸摸層（Cocoa Touch layer）
  • 應(yīng)用層（Application layer）

1. Core OS layer

核心操作系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)了與應(yīng)用程序安全性相關(guān)的功能。框架提供與硬件和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的低級服務(wù)。這些服務(wù)基于內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動程序?qū)又械脑O(shè)施。

  • Darwin
    核心操作系統(tǒng)層內(nèi)核就是我們經(jīng)常提到的Darwin，Darwin（達(dá)爾文）是蘋果公司于2000年發(fā)布的一個(gè)開源操作系統(tǒng)，Darwin是macOS 和 iOS的一部分?？梢詫arwin理解為操作系統(tǒng)的代號。Darwin由XNU和一些其他的Darwin庫組成。

    Darwin架構(gòu)模型 —— 圖片引用自《深入解析Mac OS X & iOS 操作系統(tǒng)》.png

  • XNU
    XNU是由蘋果公司發(fā)布的操作系統(tǒng)內(nèi)核，即Darwin的內(nèi)核是XNU，是Darwin操作系統(tǒng)的一部分。除macOS外，XNU還是iOS、tvOS、watchOS操作系統(tǒng)的內(nèi)核。XNU是X is not Unix的縮寫。XNU包含三部分：Mach內(nèi)核、BSD、I/O Kit。

  • Mach
    XNU內(nèi)核以一個(gè)被深度定制的Mach3.0內(nèi)核作為基礎(chǔ)。Mach是一個(gè)由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開發(fā)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)微內(nèi)核，主要是為了用于操作系統(tǒng)研究，特別是在分布式與并行運(yùn)算上。XNU中的Mach所負(fù)責(zé)的功能非常少（核心功能），只能完成操作系統(tǒng)最基本的職責(zé)，比如任務(wù)調(diào)度、消息傳遞、進(jìn)程間通信等。

  • BSD
    BSD，伯克利軟件套件（Berkeley Software Distribution）,也被稱為伯克利Unix(Berkeley Unix)，是一個(gè)操作系統(tǒng)的名稱。XNU中的BSD部分提供了POSIX應(yīng)用程序接口（BSD系統(tǒng)稱之為API）:進(jìn)程模型、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、虛擬文件系統(tǒng)等。

Darwin內(nèi)核.png

如果對Darwin和Mach有興趣，可參閱：

  • iOS系統(tǒng)的封閉性
    而iOS作為一個(gè)移動平臺操作系統(tǒng)，蘋果一直竭盡全力保證iOS系統(tǒng)的封閉性。實(shí)際上，這種做法就是將操作系統(tǒng)限制為只允許開發(fā)者訪問蘋果公司認(rèn)為是“安全”或“推薦”的功能，而不允許開發(fā)者訪問整個(gè)硬件的功能。那iOS操作系統(tǒng)在Darwin操作系統(tǒng)上做了哪些人為的限制去保證iOS系統(tǒng)的封閉性？這個(gè)問題，大家可以私聊我進(jìn)行探討。這兩年風(fēng)頭正盛的"越獄"，實(shí)際上就是破壞這層iOS系統(tǒng)的封閉性限制。
    • Code Signing 代碼簽名：使用SSL驗(yàn)證身份，通過發(fā)布者的私鑰對公鑰進(jìn)行簽名，來驗(yàn)證應(yīng)用程序的來源以及在傳輸過程中是否被篡改
    • App Sandbox 隔離機(jī)制（沙盒化）：不受信任的應(yīng)用程序必須在一個(gè)獨(dú)立的隔間中運(yùn)行，隔間實(shí)際上就是一個(gè)隔離的環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境所有的操作都會受到限制，采用“黑名單”風(fēng)格方法來阻止已知的危險(xiǎn)操作，只有在列表具有足夠的限制性時(shí)才有效果
    • Entitlement：更為嚴(yán)格的沙盒，采用“白名單”的方式，只允許那些已知是安全的操作，其他所有操作都不允許，替換當(dāng)前沙盒機(jī)制中采用的“黑名單”方式

核心操作系統(tǒng)框架

  • Accelerate
  • Disk Arbitration
  • OpenCL
  • Open Directory
  • System Configuration

2. Core Services layer

為應(yīng)用程序提供基本服務(wù)，但與應(yīng)用程序的用戶界面沒有直接關(guān)系。通常，這些技術(shù)取決于OS X最低的兩個(gè)層（即核心OS層以及內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動程序?qū)樱┲械目蚣芎图夹g(shù)。

核心服務(wù)層框架

  • Foundation Framework
  • Accounts Framework
  • Maps Framework
  • Address Book Framework
  • CFNetwork Framework
  • Core Data Framework
  • Core Foundation Framework
  • Core Location Framework
  • Core Media Framework
  • Core Telephony Framework
  • Event Kit Framework
  • Mobile Core Services Framework
  • Quick Look Framework
  • Store Kit Framework
  • Notification Center
  • Block Objects
  • Grand Central Dispatch
  • In App Purchase
  • Location Services
  • SQLite Database
  • XML Support
  • Automator framework
  • Social Framework
  • WebKit

3. Media layer

  • 顧名思義，媒體層可以在應(yīng)用程序中使用各種媒體文件，進(jìn)行音頻與視頻的錄制，圖形的繪制，以及制作基礎(chǔ)的動畫效果。

媒體層框架

  • AVFoundation
  • Core Graphics
  • Core Text
  • Core Audio
  • Core Animation
  • Core Image
  • OpenAL
  • OpenGL
  • OpenGL ES
  • Image I/O
  • ImageKit
  • ColorSync
  • Audio Mixing
  • Audio Recording
  • Video Playback
  • Video Toolbox
  • Audio Toolbox
  • Audio Unit
  • JPG
  • PNG
  • TIFF
  • PDF
  • Quartz
  • GLKit
  • Quartz Core
  • Scene Kit
  • QuickTime Kit
  • Sprite Kit

4. Cocoa Touch layer

  • 本質(zhì)上來說它負(fù)責(zé)用戶在iOS設(shè)備上的觸摸交互操作
  • 包括以下這些組件： Multi-Touch Events Core Motion Camera View Hierarchy Localization Alerts Web Views Image Picker Multi-Touch Controls.
  • cocoa 很多組件都有兩種實(shí)現(xiàn)，一種是基于 C 的以 CF 開頭的類（CF=Core Foundation），這是比較底層的；另一種是基于 Obj-C 的以 NS 開頭的類(NS=NExT STEP)，這種類抽象層次更高，易于使用。
  • 大部分iOS開發(fā)者都是跟Cocoa Touch layer打交道

觸摸層框架

  • UIKit

5. 應(yīng)用層

  • SpringBoard
    SpringBoard.app是一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)程，可以理解為桌面系統(tǒng)，可以統(tǒng)一管理和分發(fā)系統(tǒng)接收到的觸摸事件。
  • Spotlight
    系統(tǒng)搜索功能。
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