UTM面向 iOS 与 macOS 的开源系统模拟器与虚拟机平台 —— 基于 QEMU 的架构、特性与构建全解析【免费下载链接】UTMVirtual machines for iOS and macOS项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ut/UTM本指南导读UTM 是一个面向 iOS 与 macOS 的全功能系统模拟器与虚拟机宿主应用底层基于 QEMU可在 Mac、iPhone、iPad 上直接运行 Windows、Linux 等操作系统。本文将以其官方俄文 README 为主线结合仓库源码Architecture.md、Services、scripts 等完整梳理 UTM 的核心特性、macOS 专属硬件加速能力、UTM SE 的 JIT-less 方案以及从源码构建到打包签名的完整开发流程帮助读者既会用 UTM也能理解其底层原理。一、项目定位一个“通用机”的实现UTM 的名字取自“通用图灵机”Universal Turing Machine。项目 README 开篇引用了艾伦·图灵 1936 年《论可计算数及其在判定问题上的应用》中的名句——“有可能发明一台能够计算任何可计算序列的单一机器”——这正是 UTM 的设计哲学把“运行任意操作系统”的能力带到 Apple 生态中。从仓库结构看UTM 的技术栈可概括为三层详见 Architecture.md引擎层QEMU模拟与虚拟化引擎UTM 使用一个自定义 fork 维护支持将 QEMU 构建为共享库、为越狱 iOS 提供 APRR 支持、集成 ktemkin 的 ARM64 TCTI无 JIT 的 iOS 支持等 Darwin 专属优化后端抽象层UTMVirtualMachine提供跨平台一致的虚拟机视图创建、保存.utm包、启停控制其下分UTMQemuVirtualMachineQEMU CocoaSpice 后端与UTMAppleVirtualMachineApple Virtualization.framework 后端见 Services/UTMAppleVirtualMachine.swift前端层以 SwiftUI 2.0 为主最低支持 iOS 14 / macOS 11iOS 与 macOS 的 VM 显示视图则分别基于 UIKit 与 AppKit 实现。二、核心特性全景官方 README 列出的核心特性在源码中均可找到对应实现1. 基于 QEMU 的完整系统模拟UTM 提供完整系统模拟包括 MMU内存管理单元、设备模拟等。QEMU 以共享库方式链接进应用在 iOS 上因无法fork或直接使用 XPCQEMU 主循环运行在 pthread 中在 macOS 上则通过 XPC 在独立进程中启动QEMUHelper与QEMULauncher负责沙盒引导详见 Architecture.md。后端进程由 UTMQemuSystem 管理它负责把UTMQemuConfiguration映射为 QEMU 启动命令行参数。2. 超过 30 种处理器架构支持 x86_64、ARM64、RISC-V 等 30 架构。在配置层QEMUConstant.swift 中定义了完整的QEMUArchitecture枚举与各架构可用的机器类型UTMQemuConfigurationArguments.swift 负责将这些选择翻译成-machine、-cpu等参数。3. VGA 图形SPICE QXLUTM 使用 SPICE 前端协议与 QEMU 通信其优势在于比 VNC 更能胜任 USB 转发、多显示器以及利用 guest 内 SPICE agent 实现剪贴板共享和分辨率动态调整。仓库中的 UTMSpiceIO 将 CocoaSpiceSPICE GTK 的 Cocoa/Objective-C 绑定接入 UTM并负责把 SPICE 的 Pixman 帧缓冲桥接到 Metal 纹理最终由 MetalKit 渲染上屏。4. 文本终端模式除图形模式外UTM 支持纯文本终端模式通过 SPICE 串口通道并集成了 SwiftTerm 终端组件见下文许可证章节适合运行无需图形界面的系统或进行串口调试。5. USB 设备支持iOS 与 macOS 端均支持 USB 设备透传。iOS 侧由 UTMUSBManager.swift 管理 USB 设备枚举与连接macOS 侧还有工具栏级 USB 菜单VMToolbarUSBMenuView.swift。6. 基于 QEMU TCG 的 JIT 加速在无硬件虚拟化可用时UTM 依赖 QEMU TCGTiny Code Generator进行 JIT 动态代码生成。参数层面UTMQemuConfigurationArguments.swift 在未启用 Hypervisor 时会生成-accel tcg并根据配置附加threadmulti、tb-sizeJIT 翻译缓存大小默认取内存的 1/4、split-wxon无 JIT 权限时启用镜像映射等参数。7. 原生 UI 与设备端直接管理UI 针对 macOS 11 与 iOS 11 使用原生 API 设计支持直接在设备上创建、配置、运行虚拟机。所有虚拟机以.utm包形式存储配置为 PLIST 格式QEMU 后端对应UTMQemuConfigurationApple 后端对应UTMAppleConfiguration通过Codable协议序列化。运行时管理则通过 QMPQEMU Machine Protocol基于 JSON over socket完成包括暂停/恢复、快照、鼠标/触控板切换、挂载可移动磁盘等见 Architecture.md。三、macOS 专属硬件级虚拟化除了 QEMU 纯软件模拟macOS 版还提供两项硬件加速能力1. Hypervisor.framework 加速macOS 上 QEMU 支持hvf加速器实现同架构虚拟化x86 → x86 或 ARM64 → ARM64。该框架在 iOS 上不可用。在 UTMQemuConfigurationArguments.swift 中可以看到当启用 Hypervisor 时会生成-accel hvf并根据需要附加tsoonx86 上为兼容旧软件启用总存储序与ipa-granule-size0x1000配合 Vulkan 支持。2. Virtualization.framework 运行 macOS 客户机在 macOS 12 的 Apple Silicon Mac 上UTM 可通过 Apple 的Virtualization.framework直接启动 macOS 客户机。对应的后端是 UTMAppleVirtualMachine.swift其源码明确标注available(iOS, unavailable)——该后端仅限 macOS。它的能力矩阵与 QEMU 后端不同见 UTMAppleVirtualMachine.swift支持恢复模式与截屏但不支持进程级强杀、快照、临时模式和远程会话配置则使用独立的UTMAppleConfigurationSwiftCodable直接序列化而非 QEMU 后端的NSDictionary包装。四、UTM SE无需越狱的 JIT-less 版本UTM/QEMU 为了最佳性能需要动态代码生成JIT。而 iOS 上的 JIT 要么需要越狱设备要么依赖特定 iOS 版本的漏洞绕过。为此项目提供UTM SEslow edition慢速版技术方案使用threaded interpreter线程化解释器TCTI替代 JIT其性能优于传统解释器但仍慢于 JIT这一技术路线与 iOS 上的 iSH 项目动态执行思路类似分发方式UTM SE 不需要越狱或任何 JIT 绕过方案可以作为普通应用侧载安装sideload架构裁剪为优化构建时间与安装包体积UTM SE 仅包含 ARM、PPC、RISC-V 与 x86 四类架构均含 32/64 位变体。这一裁剪在源码中同样有据可查QEMUConstant.swift 的WITH_QEMU_TCI编译分支中QEMUArchitecture.isHidden仅放行aarch64、i386、m68k、ppc、ppc64、riscv64、x86_64其余架构在 TCI 构建下对用户隐藏。iOS 开发文档中的预编译依赖产物表见 Documentation/iOSDevelopment.md也区分了普通版ios-arm64与 SE 版ios-tci-arm64对应的 sysroot。五、安装与获取iOSUTM (SE) 通过 getutm.app 分发可侧载安装macOS通过 mac.getutm.app 获取正式版 DMG。官方安装渠道详见 README.ru.md。若需从源码自行构建请参考下文开发章节。六、开发与构建指南UTM 提供完整的开发文档Documentation/MacDevelopment.md 与 Documentation/iOSDevelopment.md仓库内scripts/目录集中了全部构建打包脚本。1. 获取源码UTM 依赖大量 submodule必须递归克隆git clone --recursive 仓库地址若已非递归克隆可事后补齐git submodule update --init --recursive2. 依赖准备两种方式方式一使用预编译 sysroot推荐从 CI 构建产物中下载Sysroot-*工件解压到仓库根目录即可。iOS 端按目标平台选择对应 sysroot例如 Apple Silicon 真机用ios-arm64SE 版为ios-tci-arm64Intel 模拟器用ios_simulator-x86_64visionOS 及其 SE 版、模拟器各有对应工件详见 Documentation/iOSDevelopment.md 中的对照表。方式二自行构建依赖进阶强烈建议在全新的 macOS 虚拟机中操作因为部分依赖会错误地使用/usr/local/lib且本机安装的libusb、gawk、cmake等包会破坏构建。步骤为安装 Xcode 命令行工具与 Homebrew安装构建前置依赖brew install bison pkg-config gettext glib-utils libgpg-error nasm meson pip3 install six pyparsing注意必须将bison加入$PATHexport PATH/usr/local/opt/bison/bin:/opt/homebrew/opt/bison/bin:$PATH执行依赖构建脚本ARCH为arm64或x86_64./scripts/build_dependencies.sh -p macos -a ARCHiOS 端则使用-p PLATFORM -a ARCHITECTURE其中PLATFORM与ARCHITECTURE取自上文 sysroot 表的对应项例如ios_simulator-tcix86_64。需要制作通用二进制universal binary时分别对arm64与x86_64构建后执行./scripts/pack_dependencies.sh . macos arm64 x86_64若正在开发 QEMU 并希望传入自定义源码路径可给build_dependencies.sh加-q PATH_TO_QEMU_SOURCE参数注意需使用 UTM 兼容的 QEMU fork。3. 命令行构建macOS./scripts/build_utm.sh -t TEAMID -k macosx -s macOS -a ARCH -o /path/to/output/directoryARCH可取x86_64、arm64或带引号arm64 x86_64以生成通用二进制TEAMID可选仅在签名时需要。产物为未签名的.xcarchive。iOS运行./scripts/build_utm.sh可查看全部选项./scripts/build_utm.sh -k iphoneos -s iOS -a arm64 -o /path/to/output/directory把iOS换成iOS-SE即构建 UTM SE把iphoneos换成xros则构建 visionOS 版本。4. 打包与签名脚本产物必须先重新签名才能使用。macOS使用 scripts/package_mac.sh未签名包缺少 USB 与网络桥接等能力./scripts/package_mac.sh unsigned /path/to/UTM.xcarchive /path/to/output生成UTM.dmg可安装到/ApplicationsDeveloper ID 签名包需付费开发者账号以及带 Hypervisor 权限的 UTM、QEMUHelper、QEMULauncher 三个 provisioning profile./scripts/package_mac.sh developer-id /path/to/UTM.xcarchive /path/to/output TEAM_ID PROFILE_UUID HELPER_PROFILE_UUID LAUNCHER_PROFILE_UUIDMac App Store 包需 Apple Distribution 与 Mac App Distribution 证书./scripts/package_mac.sh app-store /path/to/UTM.xcarchive /path/to/output TEAM_ID PROFILE_UUID HELPER_PROFILE_UUID LAUNCHER_PROFILE_UUIDiOS使用 scripts/package.sh正式签名 IPA需要带get-task-allow权限的 Development 签名证书而非 Distribution 证书./scripts/package.sh signedipa /path/to/UTM.xcarchive /path/to/output TEAM_ID PROFILE_UUID免费开发者账号签名的应用 7 天过期需每周重签未签名 IPA可用 AltStore 或越狱设备的 AppSync Unified 安装./scripts/package.sh ipa /path/to/UTM.xcarchive /path/to/outputDEB 包供 Cydia/Sileo 配合 AppSync Unified 安装./scripts/package.sh deb /path/to/UTM.xcarchive /path/to/output5. Xcode 开发Xcode 默认构建未签名版本缺少 USB 与网络桥接能力。如需完整能力复制 CodeSigning.xcconfig.sample 为CodeSigning.xcconfig并填写 Team ID、Bundle ID 等macOS 端需设置DEVELOPER_ACCOUNT_VM_ACCESS YESiOS 端付费账号设置DEVELOPER_ACCOUNT_PAID YES以自动申请增大内存限制的 entitlement。一个实用的调试提示由于 macOS 系统 bug在调试器挂载状态下启动虚拟机可能崩溃建议先以调试器分离状态启动 UTM 与虚拟机再通过 Debug → Attach to Process 附加调试器此外 iOS 端 JIT 需要在调试器下启动Tethered Launch参见 Documentation/TetheredLaunch.md。七、许可证与第三方组件UTM 主体以宽松的Apache 2.0许可证分发但项目使用若干 (L)GPL 组件大部分为动态链接不过gstreamer 插件为静态链接且部分代码直接取自 QEMU——计划再分发 UTM 时必须留意这些许可限制前端还依赖以下 MIT/BSD 许可组件IQKeyboardManager、SwiftTerm、ZIP Foundation、InAppSettingsKit部分图标来自 Flaticon / FreepikCI 托管由 MacStadium 提供。八、结语从 README 到源码的对照纵观整个仓库README 中每一句能力描述背后都有具体实现-accel hvf与-accel tcg的参数生成逻辑在 UTMQemuConfigurationArguments.swift、TCI 架构裁剪在 QEMUConstant.swift、双后端能力差异在 Services 目录、构建打包流程在 scripts 目录。对开发者而言这条“文档 → 配置 → 引擎”的链路正是深入理解 UTM——乃至 QEMU 在 Darwin 平台落地方式——的最佳入口。【免费下载链接】UTMVirtual machines for iOS and macOS项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ut/UTM创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考