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Runloop--底层实现

Runloop--底层实现

作者: 人生看淡不服就干 | 来源:发表于2017-05-11 15:04 被阅读29次

    从上面代码可以看到,RunLoop 的核心是基于 mach port 的,其进入休眠时调用的函数是 mach_msg()。为了解释这个逻辑,下面稍微介绍一下 OSX/iOS 的系统架构。

    苹果官方将整个系统大致划分为上述4个层次:应用层包括用户能接触到的图形应用,例如 Spotlight、Aqua、SpringBoard 等。应用框架层即开发人员接触到的 Cocoa 等框架。核心框架层包括各种核心框架、OpenGL 等内容。Darwin 即操作系统的核心,包括系统内核、驱动、Shell 等内容,这一层是开源的,其所有源码都可以在 opensource.apple.com 里找到。

    我们在深入看一下 Darwin 这个核心的架构:

    其中,在硬件层上面的三个组成部分:Mach、BSD、IOKit (还包括一些上面没标注的内容),共同组成了 XNU 内核。XNU 内核的内环被称作 Mach,其作为一个微内核,仅提供了诸如处理器调度、IPC (进程间通信)等非常少量的基础服务。BSD 层可以看作围绕 Mach 层的一个外环,其提供了诸如进程管理、文件系统和网络等功能。IOKit 层是为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。

    Mach 本身提供的 API 非常有限,而且苹果也不鼓励使用 Mach 的 API,但是这些API非常基础,如果没有这些API的话,其他任何工作都无法实施。在 Mach 中,所有的东西都是通过自己的对象实现的,进程、线程和虚拟内存都被称为"对象"。和其他架构不同, Mach 的对象间不能直接调用,只能通过消息传递的方式实现对象间的通信。"消息"是 Mach 中最基础的概念,消息在两个端口 (port) 之间传递,这就是 Mach 的 IPC (进程间通信) 的核心。

    Mach 的消息定义是在 <mach/message.h> 头文件的,很简单:

    typedef struct {
      mach_msg_header_t header;
      mach_msg_body_t body;
    } mach_msg_base_t;
     
    typedef struct {
      mach_msg_bits_t msgh_bits;
      mach_msg_size_t msgh_size;
      mach_port_t msgh_remote_port;
      mach_port_t msgh_local_port;
      mach_port_name_t msgh_voucher_port;
      mach_msg_id_t msgh_id;
    } mach_msg_header_t;
    
    

    一条 Mach 消息实际上就是一个二进制数据包 (BLOB),其头部定义了当前端口 local_port 和目标端口 remote_port,发送和接受消息是通过同一个 API 进行的,其 option 标记了消息传递的方向:

    mach_msg_return_t mach_msg(
     mach_msg_header_t *msg,
     mach_msg_option_t option,
     mach_msg_size_t send_size,
     mach_msg_size_t rcv_size,
     mach_port_name_t rcv_name,
     mach_msg_timeout_t timeout,
     mach_port_name_t notify);
    

    为了实现消息的发送和接收,mach_msg() 函数实际上是调用了一个 Mach 陷阱 (trap),即函数mach_msg_trap(),陷阱这个概念在 Mach 中等同于系统调用。当你在用户态调用 mach_msg_trap() 时会触发陷阱机制,切换到内核态;内核态中内核实现的 mach_msg() 函数会完成实际的工作,如下图:

    这些概念可以参考维基百科: System_callTrap_(computing)

    RunLoop 的核心就是一个 mach_msg(),RunLoop 调用这个函数去接收消息,如果没有别人发送 port 消息过来,内核会将线程置于等待状态。例如你在模拟器里跑起一个 iOS 的 App,然后在 App 静止时点击暂停,你会看到主线程调用栈是停留在 mach_msg_trap() 这个地方。

    参考文章

    深入理解RunLoop

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