iOS之深入解析操作系统的架构_ios架构

一、iOS 系统架构层次

• 在 iOS 中，框架是一个目录，包含了共享资源库，用于访问该资源库中储存的代码的头文件，以及图像、声音文件等其它资源。共享资源库定义应用程序可以调用的函数和方法。
• iOS 为应用程序开发提供了许多可使用的框架，并构成 iOS 操作系统的层次架构，分为四层：
• • Cocoa Touch 可触摸层：这一层为应用程序开发提供了各种有用的框架，并且大部分与用户界面有关，本质上来说它负责用户在 iOS 设备上的触摸交互操作。

	包括：Address Book UI Framework、Event Kit UI Framework、Game Kit 
	Framework、iAd Framework、Map Kit Framework、Message UI Framework、
	UIKit Framework 等等，这一层基本都是基于 Objective-C 的接口
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• • Media 媒体层：通过它可以在应用程序中使用各种媒体文件，进行音频与视频的录制，图形的绘制，以及制作基础的动画效果。

	包含 Core Graphics、Core Animation、OpenGL ES、Core Text、Image I/O、Assets Library Framework、Media Player Framework、AV Foundation、OpenAL、Core Audio Frameworks、Core Media 等等
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• • Core Services 核心服务层：可以通过它来访问 iOS 的一些服务。

	包含 Address Book Framework、CFNetwork Framework、Core Data Framework、
	Core Foundation Framework、Core Location Framework、Core Media 
	Framework、Core Telephony Framework、Event Kit Framework、Foundation 
	Framework、Mobile Core Services Framework、Quick Look Framework、Store 
	Kit Framework、System Configuration Framework、Block Objects、Grand 
	Central Dispatch 、In App Purchase、Location Services、SQLite、XML 
	Support 等一些框架，也基本都是基于 c 语言的接口
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• • Core OS 是位于 iOS 系统架构最下面的一层是核心操作系统层：它包括内存管理、文件系统、电源管理以及一些其他的操作系统任务。它可以直接和硬件设备进行交互，作为 app 开发者不需要与这一层打交道。

	包含 Accelerate Framework、External Accessory Framework、Security Framework、System 等几个框架，基本都是基于 c 语言的接口
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• 低层次框架提供 iOS 的基本服务和技术；高层次框架建立在低层次框架之上，用来提供更加复杂的服务和技术，较高级的框架向较低级的结构提供面向对象的抽象。
• 在开发应用时应尽可能使用较高级的框架，如果要开发的功能在高层框架中没有提供，也可以使用较低层框架和技术。
• Foundation 和 UIKit 框架是应用编程用到的两个主要的框架，能够满足大多数应用程序的开发需求。
• UIKit 框架提供的类，用于创建基于触摸的用户界面。所有 iOS 应用程序都是基于 UIKit，没有这个框架，就无法交付应用程序。UIKit 提供应用程序的基础架构，用于在屏幕上绘图、处理事件，以及创建通用用户界面及其中元素。UIKit 还通过管理屏幕上显示的内容，来组织应用程序。
• Foundation 框架为所有应用程序提供基本的系统服务。应用程序以及 UIKit 和其他框架，都是建立在Foundation 框架的基础结构之上。Foundation 框架提供许多基本的对象类和数据类型，使其成为应用程序开发的基础。它还制定了一些约定（如用于取消分配等任务），使代码更加一致，可复用性更好。

二、Cocoa Touch Layer

① Address Book UI Framework

• 地址本 UI 框架：该框架提供一个面向对象的编程接口，用来显示标准的系统接口，来创建新的联系人和编辑和选择已存在的联系人。

② Event Kit UI Framework

• 月历事件 UI 框架：该框架提供一个视图控制器来呈现标准的系统接口，来观察和编辑月历相关的事件。EventKit UI Framework 基于 Event Kit framework 框架。

③ Game Kit Framework

• 游戏工具框架：该框架实现对游戏中心的支持，让用户能够在线共享他们的游戏相关的信息。

④ iAd Framework

• iAD 框架：该框架用来在应用中提供广告条。
• 当你想要显示广告时，广告条与用户 UI 上的标准的视图进行合并。
• 这些视图与苹果的 iAd 服务一起工作，自动处理、加载和呈现富媒体广告以及应答在那些广告条上的点击等所有相关的工作。

⑤ Map Kit Framework

• 地图工具框架：MapKit 提供与应用的 UI 组合的一个可滚动的地图。
• 除了显示一个地图，还能使用该框架接口来定制地图的内容和外观，也能使用注解来标记感兴趣的点，也能使用定制的内容来与地图内容叠置。例如，可以在地图上来画一条公交路线，或者使用注解来高亮显示附近的商店和餐馆。
• 除了显示地图，MapKit 框架还能与地图应用以及苹果的地图服务器集成来为用户指引方向。
• 地图应用能够给任意支持方向的应用提供方向的代理。如提供特定类型方向的应用，例如一个显示地铁路线的应用，能登记请求接收地图应用提供的方向。
• 应用也能向苹果的服务器请求步行或驾驶方向，并与它们定制的方向的路径信息混合来为用户提供完整的点到点体验。

⑥ Message UI Framework

• 消息 UI 框架：该框架用来在应用中提供编辑邮件和 sms 消息的支持。
• 编辑支持包括一个呈现到你的应用的视图控制器接口，并能设置这个视图控制器的一些区域，如接收人、主题、邮件主体和邮件想包括的任意附件。
• 在呈现视图控制器后，也能为用户提供一个在发送邮件之前可以编辑邮件的选项。

⑦ UIKit Framework

• 该框架提供实现图形和事件驱动的应用的至关重要的基础。包括：
• • 基本的应用管理和基础设施，包括应用的主循环；
• • 用户接口管理，包括对 storyboards 和 nib 文件的支持；
• • 一个用来封装用户 UI 内容的视图控制器模式；
• • 标准系统视图和控制对象；
• • 提供处理触摸和运动事件的支持；
• • 支持包括与 iCloud 集成功能的文档模式；
• • 图形和窗口支持，包括支持外部显示器；
• • 多任务支持；
• • 打印支持；
• • 定制标准 UIKit 控制的外观；
• • 支持文本和 web 内容；
• • 剪切、复制、粘贴的支持；
• • 支持动画 UI；
• • 通过 url 语义和框架接口与系统提供的其它应用集成的能力；
• • 对有障碍用户的可存取性的支持；
• • 支持 ApplePush Notification 服务；
• • 本地通知调度和提交；
• • pdf 创建；
• • 支持定制像系统键盘行为一样的用户输入视图；
• • 支持创建与系统键盘交互的定制的文本视图；
• • 支持通过 email，Twitter，Facebook和其它服务共享内容。
• 也支持一些设备特定功能的集成：
• • 内建的摄像机；
• • 用户的图片库；
• • 设备名和模式信息；
• • 电池状态信息；
• • 接近传感器信息；
• • 来自附件耳机的远程控制信息。

三、MediaLayer

• 媒体层包含在应用中实现多媒体体验的图形、声音、视频技术和框架。使用这层的技术可以使你容易的建立更加好看和好听的应用。

① 图形技术

• 高质量的图形是所有应用的重要的组成部分。iOS 提供了许多帮助定制艺术和图形屏幕的技术。iOS 图形技术为其提供了广泛的支持，并可以与 UIKit 视图架构无缝工作。
• 你能使用标准的视图来快速提交高质量的接口，或者使用本层的图形技术创建你自己的定制视图来提交一个更加丰富的图形体验。
• UIKit graphics
• • UIKit 定义的绘制图像和 Bézier 路径，以及动画视图内容的高级别技术。
• • UIKit 视图提供快速和有效的方式来呈现图像和文本内容。
• • UIKit 视图也能通过显示和使用 UIKitdynamics 技术进行动画，并为用户提供反馈，促进用户交互。
• CoreGraphics 框架
• • CoreGraphics 也称作 Quartz，是对定制的 2D 向量和图像呈现提供支持的本地绘制引擎。
• • 该框架提供的引擎虽然没有 OpenGLES 引擎速度快，但该框架能够很好地适合于呈现定制的 2D 图形和动态图像。
• CoreAnimation 框架
• • CoreAnimation 也是 Quartz 核心框架的一部分，是优化应用动画体验的基础技术。
• • UIKit 视图基于 Core Animation 提供视图级别的动画支持。当想对动画行为有更多控制时也能直接使用 CoreAnimation。
• Core Image：CoreImage 提供非破坏的方式操作视频和静态图像。
• OpenGL ES 及 GLKit
• • OpenGLES 使用硬件加速接口来处理先进的 2D 和 3D 呈现。OpenGLES 通常由游戏开发者或想实现沉浸式图像体验的开发者使用。
• • OpenGLES 框架提供对呈现过程的全部控制，以及提供创建平滑动画所需要的帧速。
• • GLKit 是一组 Objective-C 类，以便能够使用面向对象接口来提供 OpenGL ES 的强大能力。
• Text Kit 和 CoreText
• • Text Kit 是 UIKit 框架的家族，用来执行最好的排面和文本管理。如果你的应用实现先进的文本操作，Text Kit 提供与应用视图的无缝集成。
• • CoreText 是处理先进排面和布局的低级别的 C 语言框架。
• Image I/O：ImageI/O 提供读写大多数图像格式的接口。
• Assets Library：AssetsLibrary 框架让你存取用户的图片、视频和媒体。你想在应用中集成用户自己的内容时可以使用该框架。

② 声音技术

• 声音技术工作于底层硬件之上，为用户提供更加丰富的声音体验。这些体验包括播放和记录高质量的声音、处理 MIDI 内容以及使用设备内建的声音等能力。
• Media Player framework：该框架是一个高级别的框架， 用来为用户提供对 iTunes 库存取的容易方式，也提供对播放轨迹和播放列表的支持。当你想快速在应用中集成声音以及不需要控制播放行为时可以使用该框架。
• AV Foundation：AVFoundation 是管理声音以及视频播放和记录的面向对象接口。在记录声音和想对声音播放过程有更好的控制时可以使用该框架。
• OpenAL：OpenAL 是一个提供位置音效的跨平台的工业标准技术和接口。游戏开发者经常使用该技术来提供高质量的声音。
• Core Audio：Core Audio 是一组简单和智能的接口来记录和播放声音以及 MIDI 内容。在需要对声音有更好控制时使用该框架。

③ 视频技术

• 视频技术提供管理应用中的静态视频内容或者播放来自 Internet 的视频流的支持。对于带有适当的记录硬件的设备，该框架还能够记录视频以及与应用进行集成。
• UIImagePickerController：UIImagePickerController 是一个选择用户媒体文件的 UIKit 视图控制器。
• Media Player：MediaPlayer 框架提供一组呈现视频内容的简单易用的接口，该框架支持全屏和小窗口视频播放，也为用户提供可选的播放控制。
• AVFoundation：AVFoundation 提供先进的视频播放和记录能力。在需要对视频呈现和记录有更多的控制时使用该框架，例如在实时应用中分层显示实时视频和应用提供的其它内容。
• CoreMedia：CoreMedia 框架为操作媒体定义低级别的数据类型和接口，当需要对视频内容有无比的控制时可以使用该框架。

④ AirPlay 技术

• AirPlay 让应用串流声音和视频内容到 Apple TV 或者串流声音内容到第三方扬声器和接收器。
• AirPlay 内建于许多框架，包括 UIKit、Media Player、AVFoundation、Core Audio。因此在大多数情况不需要为了支持它做任何事。
• 在使用那些框架时，当播放内容时自动获得 AirPlay 支持。当用户选择使用 AirPlay 播放内容时系统自动进行路由。

四、CoreServices Layer

• CoreServices Layer 包含应用需要的基础的系统服务，这些服务中的核心是 CoreFoundation 和 Foundation 框架，定义了所有应用使用的基本类型。
• 该层也包含独立的技术来支持一些其它功能，例如位置、iCloud、社交媒体和网络。

① Peer-to-Peer Services：点到点服务

• Multipeer Connectivity 框架提供通过蓝牙进行 p2p 连接的能力。
• 能使用 p2p 连接来启动与附近设备的通讯会话。虽然 p2p 连接主要用在游戏中，也能在其它类型的应用中使用这个功能。

② iCloud Storage：云存储

• iCloud 存储让应用把用户文档和数据写到一个中心位置，用户然后能从他们的计算机和 iOS 设备存取这些数据。
• 使用 iCloud 可以使用户文档无所不在，意味着用户能从任何设备阅读或编辑那些文档，而不需要显式的同步或文件传输。存储文档到用户的 iCloud 账户也为用户提供了一层安全。即使用户的设备丢失，那些设备上的文档如果已经保存到 iCloud 就不会丢失。
• 应用能以两种方式使用 iCloud 存储，每一种有不同的使用意图：
• • iCloud 文档存储：可以使用这个功能在用户的 iCloud 账户存储用户文档和数据。
• • iCloud 键值存储：使用这个功能在应用之间共享数据。
• 大多数应用使用 iCloud 文档存储来共享来自用户账户的文档。使用 iCloud 文档存储用户关心的是文档能否能够在设备之间共享以及他们是否能够从一个给定设备查看和管理那些文档。
• 相对的，iCloud 键值存储是应用与应用的其它实例共享小量数据（几十 K 字节）的方式，应用应当用它存储非紧急的应用数据，例如设置。

③ Automatic Reference Counting：自动引用计数

• AutomaticReference Counting（ARC)是一个编译级别的功能，用它来简化 Objective-C 对象生命周期过程的管理，以此代替用户必须记住什么时候应该保持和释放对象。
• ARC 评估对象的生命周期需求和自动在编译时间插入适当的方法调用。
• ARC 用来代替 iOS 的早期版本中存在的传统的管理内存的编程模式。
• 新创建的工程自动使用 ARC。Xcode 也提供了移植工具帮助你转换遗留的工程来使用 ARC.

④ Block Objects：块对象

• BlockObjects 是一个能够与你的 C 或 Objective-C 代码集成的 C 语言的构造块。一个 blockobject 本质上是一个异步功能和相关的数据。在其它语言中有时也被称做 closure 或 lambda。
• Blocks 尤其用作回调或放在需要一种容易的组合执行代码和相关数据方式的地方。
• 在 iOS，通常在下面的场景使用 Blocks：
• • 作为代理或代理方法的代替；
• • 作为回调功能的代替；
• • 为某个一次性操作实现其完成处理函数；
• • 在一个集合中的所有项上执行一个任务；
• • 与提交队列一起执行异步任务。

⑤ Data Protection：数据保护

• DataProtection 允许应用利用设备上已有的内建的加密方法来使用用户的敏感数据：
• • 当应用指定一个特定的文件被保护时，系统在磁盘上以加密格式存储该文件；
• • 当设备锁定时，该文件的内容不能被应用和任何潜在的侵入者存取；
• • 可是当设备由用户解锁时，一个解密 key 被创建允许应用存取那个文件；
• • 用户也可以使用其它级别的数据保护机制。
• 实现数据保护需要你考虑如何创建和管理你想保护的数据。应用必须设计在数据的创建时间加密数据，以及当用户锁定或解锁设备时为存取条件改变做好准备。

⑥ File-Sharing Support：文件共享支持

• File-SharingSupport 使用户数据文件在 iTunes 9.1 和以后上可被其它应用获得。
• 一个应用声明支持文件共享使它的 /Documents 目录下的内容对其它用户可获得。用户然后当需要时能够把文件从 iTunes 移进或移出应用的 Documents 目录。这个特征不允许应用与相同设备上的其它应用共享应用，这需要粘贴板或一个文档交互控制器对象。
• 应用为了允许文件共享支持，需要做如下工作：
• • 在应用的 Info.plist 文件中增加 UIFileSharingEnabled 键，并设置其值为 YES。
• • 在你的应用的 Documents 中放你想共享的文件；
• • 当设备插进用户的计算机时，iTunes 在选中设备的 Apps 标签下显式一个文件共享节；
• • 用户然后能够增加文件到设备的文档目录或移动文件到桌面。
• 支持文件共享的应用应该能够识别文件什么时候增加到其Documents目录和做出适当的应答。例如应用可以使任意新文件的内容可以从它的接口获得，也应该从不把 Documents 目录的文件列表呈现给用户来请求用户决定对那些文件做什么。

⑦ Grand Central Dispatch

• GrandCentral Dispatch（GCD)是一个 BSD 技术，应用可以用来管理其任务的执行。
• GCD 与高优化的核组合成一个异步编程模式，来提供方便和更有效的对线程的替代。GCD 也为许多低级别的任务提供一个方便的选择，例如读和写文件描述符，实现定时器和监视信号和处理事件。

⑧ In-App Purchase：应用内购买

• In-App Purchase 提供在应用中销售应用特定的内容和服务以及来自 iTunes 的内容的能力。
• 这个功能使用 StoreKit 框架实现，并提供使用用户的 iTunes 账号来处理金融方面的事务需要的基础。
• 应用处理全部用户体验和供购买的内容及可获得服务的呈现。作为可下载的内容，你能把可下载的内容放到你自己的服务器或使用苹果的服务器。

⑨ SQLite

• SQLite 库让你在你的应用中嵌入一个轻量级的 sql 数据库，而不需要运行一个分离的远程数据库服务进程。
• 从你的应用，你能创建本地数据库文件，管理数据库表和表中的数据记录。
  SQLite 库为通用功能使用设计，但已经被优化来提供对数据记录更快速的存取。

⑩ XML Support

• Foundation 框架提供一个 NSXMLParser 类用来从一个 xml 文档中引出元素。
• 操作 xml 内容的额外的支持由 libxml2 库提供支持，libxml2 开源库能快速地分析或写任意的 xml 数据和转换 xml 内容到 html。

五、Core OS Layer

• Core OS 是用 FreeBSD 和 Mach 所改写的 Darwin，是开源、符合 POSIX 标准的一个 Unix 核心。
• CoreOS 层包含其它大多数技术建在其之上的低级别的功能。虽然应用不直接使用这些技术，它们被其它框架使用。在需要显而易见的处理安全或与外设通讯的情形，你也能使用该层提供的框架。

• Accelerate 加速框架
• • Accelerate框架 (Accelerate.framework)包含执行数字信号处理、线性代数、图像处理计算的接口。
• • 使用该框架的优点是它们针对所有的 iOS 设备上存在的硬件配置做了优化，因此你能写一次代码确保在所有设备上有效运行。
• Core Bluetooth Framework（核心蓝牙框架）
• • CoreBluetooth 框架 (CoreBluetooth.framework)允许开发者与蓝牙低耗电外设（LE）交互。
• • 使用该框架的 Objective-C 接口能够完成如下工作：
• • • 扫描蓝牙外设，连接和断开发现的蓝牙外设；
• • • 声明应用的服务，转换 iOS 设备成其它蓝牙设备的外设；
• • • 从 iOS 设备广播 iBeacon 信息；
• • • 保存你的蓝牙连接的状态，当应用重新启动时恢复那些连接；
• • • 蓝牙外设可获得性变化时获得通知。
• External Accessory Framework（外部附件框架）
• • ExternalAccessory 框架(ExternalAccessory.framework)提供与连接到 iOS 设备的硬件附件通讯的支持。
• • 附件能通过 30-pin 连接器或使用蓝牙无线与 iOS 设备进行连接。该框架给你提供了获得关于每一个可获得的附件信息和启动通讯会话的方式。然后，你可自由的使用附件支持的命令直接操作附件。
• Generic Security Services Framework（通用安全服务框架）
• • GenericSecurity Services 框架 (GSS.framework)给ios应用提供一组标准安全相关的服务。该框架的基本接口规定在 IETFRFC2743 and RFC4401。
• • 除了提供标准的接口，iOS 还包括一些没有在标准中规定但被许多应用需要的一些管理证书需要的额外东西。
• Security Framework（安全框架）
• • 除了内建的安全功能，iOS 也提供了一个明确的安全框架（Security.framework)，你能用它来保证应用管理的数据的安全。
• • 该框架提供管理证书、公有和私有 key 和信任策略的接口。支持产生加密安全伪随机码。它也支持在 keychain（保存敏感用户数据的安全仓库）中保存证书和加密 key。
• • 公共加密库提供对称加密、hash 认证编码（HMACs）、数字签名等额外支持，数字签名功能本质上与 iOS 上没有的 OpenSSL 库兼容。
• • 在你创建的多个应用之间共享 keychain 是可能的。共享使它容易在相同的一套应用之间更平滑的协作。例如，你能使用该功能来共享用户口令或其它元素，否则可能使每个应用都需要提示用户。
• • 为了在应用之间共享数据，必须为每个应用的 Xcode 工程配置适当的权限。
• System
• • System 级包含 kernel 环境、驱动以及操作系统级别的 unix 接口。kernel 本身负责操作系统的每一个方面：如虚拟内存管理、线程、文件系统、网络和互联通信。
• • 在该层的驱动也提供在可获得的硬件与系统框架之间的接口。为了安全，对 kernel 和驱动的存取被限制到一组有限的系统框架和应用。
• • iOS 提供一组存取许多操作系统低级别功能的接口，应用通过 LibSystem 库存取这些功能。
• • 该 C-based 的接口提供如下功能的支持：
• • • 多任务（POSIX 线程和 GCD)
• • • 网络（BSDsockets）
• • • 文件系统存取
• • • 标准 I/O
• • • Bonjour 和 DNS 服务
• • • 位置信息
• • • 内存分配
• • • 数学计算
• 64-Bit Support
• • iOS 原先是为 32-bit 架构的设备设计的，自 iOS 7 开始支持在 64-bit 进行编译、链接和调试。所有的系统库和框架是支持 64 位的，意味着它们能在 32-bit 和 64-bit 应用中使用。
• • 当以 64-bit 运行时编译时，应用可能运行的更快，因为在 64-bit 模式可以获得额外的处理器资源。
• • iOS 使用 OS X 和其它 64-bitUNIX 系统使用的 LP64 模式，意味着在这些系统移植时不会碰到太头疼的事。