引言

从2012年自学iOS开发以来，经常会有周围朋友、同事问我："你是怎么从零开始，成为一个优秀的iOS开发者?"。对于“优秀”，我会觉得惭愧。在搜狐的内部交流会上，在北京的行业分享会上，当你更很多优秀的人一起探讨各种技术栈，你会发现自己其实只是偏隅一角，好似iOS研发滔滔江河中的一叶扁舟。
复盘这几年iOS开发经验，我提炼为“站在iOS系统上，以俯瞰的视角学iOS开发”，希望能给那些想转型iOS或者初级的iOS工程师提供帮助。

“登高望远天地阔,纵横捭阖自从容”，站在一个更高的高度，你可以完整的俯瞰整个iOS的运转体系。当然，很多人会问：“你这不是说的废话吗，谁都知道站得高看得远，那如何站在更高的高度？”

对于iOS开发来说，当你深入理解iOS的系统架构，你才能清晰理解手指触摸屏幕后事件的传递和响应机制；你才能明白为什么图像渲染的机制；你才能对于那些情况会造成性能瓶颈并提供优异的性能优化方案......总之，把握iOS系统全局，对于iOS开发，你会事半功倍。
这篇文章会从iOS系统开始讨论，介绍iOS系统的发展史并深挖iOS系统架构及其内核等。

iOS操作系统

了解一些操作系统的发展史以及系统架构的背景，有助于更好理解系统架构模型和设计思想。本文不过多讲解操作系统，概念性的知识会一笔带过。

1. 操作系统发展史

操作系统的历史在某种意义上来说也是计算机的历史。操作系统提供对硬件控制的调用和应用程序所必需的功能。

操作系统发展简史.png

OS X历史.png

2. 乔布斯与苹果

乔布斯与苹果的过往.png

3. iPhone产品

iPhone发布.png

4. iOS系统

iOS是苹果公司开发的移动操作系统 。苹果公司最早于2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统（最初叫iPhone runs OS X）。该系统最初是设计给iPhone使用的（所以后来曾命名为iPhone OS），之后陆续套用到iPod touch、iPad以及Apple TV等产品上（所以在WWDC2010上最终宣布更名为iOS）。

讲到iOS系统，我们不得不提到Mac OS，毕竟两者之间有着千丝万缕的联系。macOS，2012年前称之为Mac OS X，2012 - 2016年称OS X，2016年起称macOS，是苹果公司推出的图形用户界面操作系统。iOS，原名iPhone OS，2007年1月9日，发布iPhone OS，2010年WWDC大会宣布改名为iOS。是苹果公司为移动设备所开发的移动操作系统。无论是iOS还是macOS,都是类Unix操作系统。

Mac_OS系统架构.jpg

• iOS系统是OS X 应对移动平台的分支，本质上iOS就是Mac OS X。拥有一样的操作系统层次结构以及相同的操作系统核心Dawin。
• iOS 的内核闭源（苹果2017年开源了iOS的XNU内核代码），OS X内核是开源的；
• iOS 的GUI是SpringBoard，OS X的是 Aqua。前者针对触屏，后者是鼠标驱动的窗口系统。
• iOS app不允许访问底层的Darwin，也没有root访问权限，并且只能访问自己目录内的数据。
• 苹果竭尽全力确保iOS作为一个移动平台操作系统的封闭性。这个特性主要是通过文件目录隔离实现的，正常的app安装在Applications/ 目录，只有有限的权限。在越狱系统中，可以将app安装在System/ 目录，以获取更多系统权限。

核心知识

重点来了，既然本文叫《站在高处看iOS开发 ——— 深入浅出iOS操作系统》，那我们就需要捋清楚深入学习iOS之前的核心知识和一些重要概念。

• Macintosh && Mac && 麦金塔

苹果公司自1984年起以“Macintosh”开始开发的个人消费型计算机；Mac是Macintosh简称；麦金塔是Macintosh的中文翻译。

• NeXT && NeXTSTEP

NeXT是早期乔布斯离开苹果公司后进入的公司。NeXT公司生产专用硬件，这些硬件运行专有的操作系统 —— 。

• NeXTSTEP虽然最终偏离了作为更优秀操作系统应该走的道路，但是在Mac OS系统中占据重要的地位。
• NeXTSTEP采用Mach微内核系统，开发语言为Objective-C，面向对象的操作系统，并且提供了很多framework和Kit，拥有丰富的GUI开发。

• Mac OS Classic && Mac OS X && OS X && Mac OS

Mac OS Classic是早期的苹果操作系统，拥有伟大的GUI，但系统设计却非常糟糕；
Mac OS是乔布斯回归苹果后，结合Mac OS Classic和NeXTSTEP开发的新一套苹果操作系统，在2012年的称呼为Mac OS X，2012 - 2016年之间称呼为 OS X。

Mac OS发展史.png

• iPhone OS && iOS

iPhone是苹果手机系统的一种早期称呼方式。2010年WWDC大会宣布iPhone OS改名为iOS。

• Darwin && XNU && Mach && BSD

  • Darwin
    核心操作系统层就是我们经常提到的Darwin，Darwin（达尔文）是苹果公司于2000年发布的一个开源操作系统，Darwin是macOS 和 iOS的一部分。可以将Darwin理解为操作系统的代号。Darwin由XNU和一些其他的Darwin库组成。
  • XNU
    XNU是由苹果公司发布的操作系统内核，即Darwin的内核是XNU，是Darwin操作系统的一部分。除macOS外，XNU还是iOS、tvOS、watchOS操作系统的内核。XNU是X is not Unix的缩写。XNU包含三部分：Mach内核、BSD、I/O Kit。
  • Mach
    XNU内核以一个被深度定制的Mach3.0内核作为基础。Mach是一个由卡内基梅隆大学开发的计算机操作系统微内核，主要是为了用于操作系统研究，特别是在分布式与并行运算上。XNU中的Mach所负责的功能非常少（核心功能），只能完成操作系统最基本的职责，比如任务调度、消息传递、进程间通信等。
  • BSD
    BSD，伯克利软件套件（Berkeley Software Distribution）,也被称为伯克利Unix(Berkeley Unix)，是一个操作系统的名称。XNU中的BSD部分提供了POSIX应用程序接口（BSD系统称之为API）:进程模型、网络协议栈、虚拟文件系统等。
  • I/O Kit
    I/O Kit是一个设备驱动框架，为开发者提供了开发设备驱动程序的API。
    
    Darwin内核.png

• 用户体验层（Application）&& 应用框架层 （Cocoa）&& 媒体层 （Media）&& 核心服务层 （Core Services）&& 核心系统层 （Core OS）

这几个概念组成了iOS的系统架构，在苹果的官方开发文档中有一幅图介绍了这几个概念的关系。我有一篇文章详解介绍了站在高处看iOS开发 ——— iOS系统架构。

iOS体系结构中的Cocoa.jpg

UNIX的系统目录

OS X是一个符合UNIX标准的系统，因此也有那些标准UNIX具有的目录结构：

/bin: UNIX中的二进制程序。这是常用UNIX命令（例如ls rm mv df）所在的地方
/sbin：系统程序。这些二进制程序用于系统管理，例如文件系统管理和网络配置等。
/usr：User目录。这并不是说这个目录是给用户用的。更像是Windows中的 Program Files目录，第三方软件可以安装在这里。
/usr: 目录中包含的bin sbin 和 lib。/usr/lib用于存放共享的目标文件（类似于Window中存放DLL文件的\windows\system32目录）。这个目录还包含一个include/子目录，所有标准的C头文件都存放在此。
/etc: 其他文件。这个目录包含了大部分系统配置文件，例如密码文件（/etc/password）。在 OS X中，这个目录实际上是指向/private/etc都符合链接。
/dev：BSD设备文件。
/tmp：临时目录。在OS X中，这个目录实际上是指向/private/tmp都符号链接。
/var：各种杂项文件。这个目录中保存了日志文件，邮件存储，打印队列和其他数据。在 OS X中这个目录实际上是指向/private/var的符号链接。

iOS作为OS X的一个分支，和 OS X 非常类似的文件系统目录，但是有以下区别：

• 没有/Users目录，只有一个/User目录，实际上是指向/var/mobile的符号链接。
• /Developer目录只有在iOS设备被Xcode选中为“Use for development”时才会出现。在这种情况下，iOS SDK中的 DeveloperDiskImage.dmg 镜像会在设备上挂载。

参考书籍

• 《Mac OS X and iOS Internals: To the Apple’s Core》 by Jonathan Levin
• Kernel Programming Guide