Mac OS 和 iOS 操作系统架构

转载!!!

http://www.cnblogs.com/zhangmangyuan/archive/2013/03/28/iOS.html

做iOS开发已经半年多了,但是感觉对iOS开发的理解却还只停留在表面,昨天刚把两个项目结了,今天打算学了一下iOS系统的架构,以便于更好的理解和开发。

首先看一下Mac OS 和 iOS 系统架构的对比图:

从图上可以看出Mac OS和iOS的系统架构层次只有最上面一层不同,Mac是Cocoa框架,而iOS是Cocoa Touch框架,因此Mac OS开发和iOS开发是相似的。这里我只分析iOS的系统架构:

一、核心操作系统层(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。这一层包含或者说是提供了整个iPhone OS的一些基础功能,比如:硬件驱动,

内存管理,程序管理,线程管理(POSIX),文件系统,网络(BSD

Socket),以及标准输入输出等等,所有这些功能都会通过C语言的API来提供。另外,值得一题的是,这一层最具有UNIX色彩,如果你需要把

UNIX上所开发的程序移植到iPhone上,多半都会使用到Core OS的API.

核心OS层的驱动也提供了硬件和系统框架之间的接口。然而,由于安全的考虑,只有有限的系统框架类能访问内核和驱动。

iPhone OS提供了许多访问操作系统低层功能的接口集,iPhone 应用通过LibSystem库来访问这些功能,这些接口集如下所示:

线程(POSIX线程);

网络(BSD sockets);

文件系统访问;

标准I/O;

Bonjour和DNS服务;

现场信息(Locale Information);

内存分配;

数学计算。

许多Core OS技术的头文件位于目录/usr/include/,iPhoneSDK是SDK的安装目录。

二、核心服务层(Core Services layer):

Core Services在Core OS基础上提供了更为丰富的功能, 它包含了Foundation.Framework和Core Foundation.Framework,

之所以叫Foundation

,就是因为它提供了一系列处理字串,排列,组合,日历,时间等等的基本功能。Foundation是属于Objective-C的API,Core

Fundation是属于C的API。另外Core servieces还提供了其他的功能,比如:

Security,

Core Location, SQLite, 和Address Book. 其中Security是用来处理认证,密码管理,按安全性管理的;

Core

Location是用来处理GPS定位的;SQLLite是轻量级的数据库,而AddressBook则用来处理电话薄资料的。下面是具体介绍:

(1)电话本

话本框架(AddressBook.framework)提供了保存在手机设备中的电话本编程接口。开发者能使用该框架访问和修改存储在用户联系

人数据库里的记录。例如,一个聊天程序可以使用该框架获得可能的联系人列表,启动聊天的进程(Process),并在视图上显示这些联系人信息等。

(2)核心基础框架

核心基础框架(CoreFoundation.framework)是基于C语言的接口集,提供iPhone应用的基本数据管理和服务功能。该框架 支持如下功能:

Collection数据类型(Arrays、 Sets等);

Bundles;

字符串管理;

日期和时间管理;

原始数据块管理;

首选项管理;

URL和Stream操作;

线程和运行循环(Run Loops);

端口和Socket通信。

核心基础框架与基础框架是紧密相关的,它们为相同的基本功能提供了Objective-C接口。如果开发者混合使用

Foundation Objects 和Core Foundation类型,就能充分利用存在两个框架中的"toll-free

bridging"。toll-free

bridging意味着开发者能使用这两个框架中的任何一个的核心基础和基础类型,例如Collection和字符串类型等。每个框架中的类和数据类型的

描述注明该对象是否支持toll-free bridged。如果是,它与哪个对象桥接(toll-free bridged)。

(3)CFNetwork

CFNetwork框架(CFNetwork.framework)是一组高性能的C语言接口集,提供网络协议的面向对象的

抽象。开发者可以使用 CFNetwork框架操作协议栈,并且可以访问低层的结构如BSD

Sockets等。同时,开发者也能简化与FTP和HTTP服务器的通信,或解析DNS等任务。使用CFNetwork框架实现的任务如下所示:

BSD Sockets;

利用SSL或TLS创建加密连接;

解析DNS Hosts;

解析HTTP协议,鉴别HTTP和HTTPS服务器;

在FTP服务器工作;

发布、解析和浏览Bonjour服务。

(4)核心位置框架(Core Location Framework)

核心位置框架(CoreLocation.framework)主要获得手机设备当前的经纬度,核心位置框架利用附近

的GPS、蜂窝基站或Wi-

Fi信号信息测量用户的当前位置。iPhone地图应用使用这个功能在地图上显示用户的当前位置。开发者能融合这个技术到自己的应用中,给用户提供一些位

置信息服务。例如可以提供一个服务:基于用户的当前位置,查找附近的餐馆、商店或设备等。

(5)安全框架(Security Framework)

iPhone

OS除了内置的安全特性外,还提供了外部安全框架(Security.framework),从而确保应用数据的安全性。该框架提供了管理证书、公钥/私

钥对和信任策略等的接口。它支持产生加密安全的伪随机数,也支持保存在密钥链的证书和密钥。对于用户敏感的数据,它是安全的知识库(Secure

Repository)。CommonCrypto接口也支持对称加密、HMAC和数据摘要。在iPhone

OS里没有OpenSSL库,但是数据摘要提供的功能在本质上与OpenSSL库提供的功能是一致的。

(6)SQLite

iPhone应用中可以嵌入一个小型SQL数据库SQLite,而不需要在远端运行另一个数据库服务器。开发者可以创建

本地数据库文件,并管理这些

文件中的表格和记录。数据库SQLite为通用的目的而设计,但仍可以优化为快速访问数据库记录。访问数据库SQLite的头文件位

于/usr/include/sqlite3.h,其中是SDK安装的目标路径。

(7)支持XML

基础框架提供NSXMLParser类,解析XML文档元素。libXML2库提供操作XML内容的功能,这个开放源代

码的库可以快速解析和编辑

XML数据,并且转换XML内容到HTML。访问libXML2库的头文件位于目录/usr/include

/libxml2/,其中是SDK安装的目标目录。

三、媒体层(Media layer):

如同其名,Media层提供了图片,音乐,影片等多媒体功能。图像分为2D图像和3D图像,

前者由Quartz2D来支持,后者则是用OpenglES.与音乐对应的模组是Core Audio和OpenAL, Media Player

实现了影片的播放, 而最后还提供了Core Animation来对强大动画的支持。具体介绍如下:

(1)图像技术(Graphics Technologies)

高质量图像是所有iPhone应用的一个重要的组成部分。任何时候,开发者可以采用UIKit

框架中已有的视图和功能以及预定义的图像来开发iPhone应用。然而,当UIKit

框架中的视图和功能不能满足需求时,开发者可以应用下面描述的技术和方法来制作视图。

① Quartz。核心图像框架(CoreGraphics.framework)包含了Quartz

2D画图API,Quartz与在Mac

OS中采用的矢量图画引擎是一样先进的。Quartz支持基于路径(Path-based)画图、抗混淆(Anti-aliased)重载、梯度

(Gradients)、图像(Images)、颜色(Colors)、坐标空间转换(Coordinate-space

Transformations)、pdf文档创建、显示和解析。虽然API是基于C语言的,它采用基于对象的抽象表征基础画图对象,使得图像内容易于保

存和复用。

② 核心动画(Core

Animation)。Quartz核心框架(QuartzCore.framework)包含CoreAnimation接口,Core

Animation是一种高级动画和合成技术,它用优化的重载路径(Rendering

Path)实现复杂的动画和虚拟效果。它用一种高层的Objective-C接口配置动画和效果,然后重载在硬件上获得较好的性能。Core

Animation集成到iPhone OS

的许多部分,包括UIKit类如UIView,提供许多标准系统行为的动画。开发者也能利用这个框架中的Objective-C接口创建客户化的动画。

③ OpenGL ES。OpenGL ES框架(OpenGLES.framework)符合OpenGL ES

v1.1规范,它提供了一种绘画2D和3D内容的工具。OpenGL ES

框架是基于C语言的框架,与硬件设备紧密相关,为全屏游戏类应用提供高帧率(high frame

rates)。开发者总是要使用OpenGL框架的EAGL接口,EAGL接口是OpenGL ES框架的一部分,它提供了应用的OpenGL

ES画图代码和本地窗口对象的接口。

(2)音频技术(Audio Technologies)

iPhone OS的音频技术为用户提供了丰富的音频体验。它包括音频回放,高质量的录音和触发设备的振动功能等。

iPhone OS的音频技术支持如下音频格式:AAC、Apple Lossless(ALAC)、A-law、IMA/ADPCM(IMA4)、Linear PCM、μ-law和Core Audio等。

① 核心音频(Core Audio Family)。核心音频框架家族(Core Audio family of

frameworks)提供了音频的本地支持,如表16-1所示。Core Audio是一个基于C语言的接口,并支持立体声(Stereo

Audio)。开发能采用iPhone OS 的Core Audio框架在iPhone

应用中产生、录制、混合和播放音频。开发者也能通过核心音频访问手机设备的振动功能。

核心音频框架:

框架(Framework)

服务(Service)

CoreAudio.framework

定义核心音频的音频数据类型

AudioUnit.framework

提供音频和流媒体文件的

回放和录制,并且管理音

频文件和播放提示声音

AudioToolbox.framework

提供使用内置音频单元服务,

音频处理模块

② OpenAL。iPhone OS 也支持开放音频库(Open Audio Library, OpenAL)。OpenAL是一个跨平台的标准,它能传递位置音频(Positional Audio)。开发者能应用OpenAL在需要位置音频输出的游戏或其他应用中实现高性能、高质量的音频。

由于OpenAL是一个跨平台的标准,采用OpenAL的代码模块可以平滑地移植到其他平台。

(3)视频技术(Video Technologies)

iPhone OS通过媒体播放框架(MediaPlayer.framework)支持全屏视频回放。媒体播放框架支持的视频文件格式包括.mov, .mp4,.m4v和.3gp,并应用如下压缩标准:

① H.264 Baseline Profile Level 3.0 video,在30 f/s 的情况下分辨率达到640×480像素。注意:不支持B frames;

② MPEG4规范的视频部分;

③ 众多的音频格式,包含在音频技术的列表里,如AAC、Apple Lossless (ALAC)、A-law、IMA/ADPCM(IMA4)、线性PCM、μ-law和Core Audio等。

四、可触摸层(Cocoa Touch layer):

最上面一层是Cocoa Touch,它是Objective-C的API,

其中最核心的部分是UIKit.Framework,应用程序界面上的各种组件,全是由它来提供呈现的,除此之外它还负责处理屏幕上的多点触摸事件,文字

的输出,图片,网页的显示,相机或文件的存取,以及加速感应的部分等。具体介绍如下:

(1)UIKit框架

UIKit框架(UIKit.framework)包含Objective-C程序接口,提供实现图形,事件驱动的iPhone应用的关键架构。 iPhone OS中的每一个应用采用这个框架实现如下核心功能:

应用管理;

支持图形和窗口;

支持触摸事件处理;

用户接口管理;

提供用来表征标准系统视图和控件的对象;

支持文本和Web内容;

通过URL scheme与其他应用的集成。

为提供基础性代码建立应用,UIKit也支持一些与设备相关的特殊功能,如下所示:

加速计数据;

内建Camera;

用户图片库;

设备名称和模式信息。

(2)基础框架(Foundation Framework)

基础框架(Foundation.framework)支持如下功能:

Collection数据类型(包括Arrays、Sets);

Bundles;

字符串管理;

日期和时间管理;

原始数据块管理;

首选项管理;

线程和循环;

URL和Stream处理;

Bonjour;

通信端口管理;

国际化。

(3)电话本UI框架(Address Book UI Framework)

话本UI框架(AddressBookUI.framework)是一个Objective-C标准程序接口,主要用来创建新联系人,编辑和选择

电话本中存在的联系人。它简化了在iPhone应用中显示联系人信息,并确保所有应用使用相同的程序接口,保证应用在不同平台的一致性。

总结:

当我们要开发iPhone程序的时候,首先要现从上层入手,优先使用Objective-C封装后的库,也就是通过

UIKit.framework搭配Foundation.framework来进行开发,而当面对一些比较复杂的功能时,像是多媒体的处理或是绘图,再

往下层去找寻相关的framwork开完成。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 151,829评论 1 331
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 64,603评论 1 273
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 101,846评论 0 226
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 42,600评论 0 191
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 50,780评论 3 272
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 39,695评论 1 192
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 31,136评论 2 293
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 29,862评论 0 182
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 33,453评论 0 229
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 29,942评论 2 233
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 31,347评论 1 242
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 27,790评论 2 236
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 32,293评论 3 221
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 25,839评论 0 8
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,448评论 0 181
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 34,564评论 2 249
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 34,623评论 2 249

推荐阅读更多精彩内容

  • iOS的系统架构分为四个层次:核心操作系统层(Core OS layer)、核心服务层(Core Services...
    zhaihongxia阅读 2,483评论 0 3
  • 发现 关注 消息 iOS 第三方库、插件、知名博客总结 作者大灰狼的小绵羊哥哥关注 2017.06.26 09:4...
    肇东周阅读 11,551评论 4 58
  • 感谢陈咏老师的分享,让我能够觉察自己的情绪,知道负面情绪背后的积极意义,并能通过积极主动情绪的觉察表,在刺...
    鞠晓艳37101阅读 276评论 0 0
  • 纠结小姐是我身边最可怕的纠结魔人。 早餐吃豆浆油条还是牛奶面包,出门不知道该挑哪只口红,买衣服是偏暖色系还是冷色系...
    闫晓雨阅读 708评论 4 7
  • 每个人在人生的舞台都会有很多角色,从哇哇落地开始,就有了为人儿女的角色,随着成长的足迹,我们的角色越来越多,越来越...
    巍然0619阅读 697评论 1 5