iOS 操做系统架构

Mac OS 和 iOS 系统架构的对比图：

从图上能够看出Mac OS和iOS的系统架构层次只有最上面一层不一样，Mac是Cocoa框架，而iOS是Cocoa Touch框架，所以Mac OS开发和iOS开发是类似的。这里我只分析iOS的系统架构：

1、核心操做系统层（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，好比：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，全部这些功能都会经过C语言的API来提供。另外，值得一题的是，这一层最具备UNIX色彩，若是你须要把 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，因为安全的考虑，只有有限的系统框架类能访问内核和驱动。
     iPhone OS提供了许多访问操做系统低层功能的接口集，iPhone 应用经过LibSystem库来访问这些功能，这些接口集以下所示：

        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<iPhoneSDK>/usr/include/，iPhoneSDK是SDK的安装目录。

 

2、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, 之因此叫Foundation ,就是由于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还提供了其余的功能，好比：
    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
         电话本框架（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，一个聊天程序可使用该框架得到可能的联系人列表，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 支持以下功能：

        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操做；

        线程和运行循环（Run Loops）；

        端口和Socket通讯。

          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。若是开发者混合使用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。每一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。若是是，它与哪一个对象桥接（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。开发者可使用 CFNetwork框架操做协议栈，而且能够访问低层的结构如BSD Sockets等。同时，开发者也能简化与FTP和HTTP服务器的通讯，或解析DNS等任务。使用CFNetwork框架实现的任务以下所示：

          BSD Sockets；

          利用SSL或TLS建立加密链接；

          解析DNS Hosts；

          解析HTTP协议，鉴别HTTP和HTTPS服务器；

          在FTP服务器工做；

          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）主要得到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本身的应用中，给用户提供一些位 置信息服务。例如能够提供一个服务：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，可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应用中能够嵌入一个小型SQL数据库SQLite，而不须要在远端运行另外一个数据库服务器。开发者能够建立本地数据库文件，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，但仍能够优化为快速访问数据库记录。访问数据库SQLite的头文件位 于<iPhoneSDK>/usr/include/sqlite3.h，其中<iPhoneSDK>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库提供操做XML内容的功能，这个开放源代码的库能够快速解析和编辑 XML数据，而且转换XML内容到HTML。访问libXML2库的头文件位于目录<iPhoneSDK>/usr/include /libxml2/，其中<iPhoneSDK>是SDK安装的目标目录。

 

3、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。具体介绍以下:

   （1）图像技术（Graphics Technologies）

        高质量图像是全部iPhone应用的一个重要的组成部分。任什么时候候，开发者能够采用UIKit 框架中已有的视图和功能以及预约义的图像来开发iPhone应用。然而，当UIKit 框架中的视图和功能不能知足需求时，开发者能够应用下面描述的技术和方法来制做视图。

        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同样先进的。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文档建立、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，而后重载在硬件上得到较好的性能。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接口建立客户化的动画。

        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）。开发者老是要使用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的音频技术支持以下音频格式：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。开发者也能经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，而且管理音 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在须要位置音频输出的游戏或其余应用中实现高性能、高质量的音频。

           因为OpenAL是一个跨平台的标准，采用OpenAL的代码模块能够平滑地移植到其余平台。

       （3）视频技术（Video Technologies）

         iPhone OS经过媒体播放框架（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，并应用以下压缩标准：

         ① H.264 Baseline Profile Level 3.0 video，在30 f/s 的状况下分辨率达到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。      

 

4、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类组件，全是由它来提供呈现的，除此以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。具体介绍以下:

       （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中的每个应用采用这个框架实现以下核心功能：

        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；

        经过URL scheme与其余应用的集成。

        为提供基础性代码创建应用，UIKit也支持一些与设备相关的特殊功能，以下所示：

        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）支持以下功能：

           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；

           通讯端口管理；

           国际化。

      （3）电话本UI框架（Address Book UI Framework）

         电话本UI框架（AddressBookUI.framework）是一个Objective-C标准程序接口，主要用来建立新联系人，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，并确保全部应用使用相同的程序接口，保证应用在不一样平台的一致性。

 

总结:

       当咱们要开发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，也就是经过 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。