PC端音视频相关应用往往会涉及到系统音频采集相关需求。例如音视频通信应用在屏幕共享场景下，用户除了共享屏幕内容之外，往往需要共享音频数据。目前macOS没有系统API可以直接获取输出到播放设备的音频数据，这就需要通过别的办法来采集系统音频。由于macOS开发相关资料较少，完成这个需求也花了点时间，在这里将思路做个分享，希望能帮助到有这方面需求的朋友。
技术背景
macOS音频设备管理
macOS支持管理多个音频输入输出设备，可以使用“音频 MIDI 设置”来设置如麦克风和多声道音频接口。
音频 MIDI 设置”界面如上图所示，左侧列表展示了所有音频输入输出设备，例如内建麦克风、扬声器、AirPods、通过数据线连接端iPhone设备，右侧界面支持调节设备端具体参数，例如音量等。
我们可以通过右键选择设备，将其设为系统默认的输入输出设备。设为默认设备后，设备列表上会有一个小图标显示，同时，系统会默认在对应的设备上采集、播放音频数据。当然，应用也依然可以选择特定设备采集、播放音频，例如Abode公司的Audition中可以通过设置选择输入输出设备。
switchaudio-osx
switchaudio-osx是一款开源项目，支持命令行设置macOS默认输入输出音频设备。这个开源项目为我们通过代码切换系统音频设备提供了极大帮助。
项目地址：https://github.com/deweller/switchaudio-osx
KEXT内核扩展
KEXT是macOS的内核扩展程序，通常用于系统驱动程序。内核扩展运行于内核态，支持动态加载。
我们可以在Xcode中选择“general kernel extension”创建内核扩展，基于IOKit接口实现驱动程序，生成的产物以kext作为后缀名。
加载驱动需要首先将kext文件拷贝到系统目录（需要管理员权限）：
1 | /Library/Extensions |
加载驱动：
1 | sudo kextload /path/to/kext.kext |
卸载驱动：
1 | sudo kextunload /path/to/kext.kext |
Soundflower
Soundflower是mac端开源的kext内核扩展程序，它虚拟了一套音频采集、播放设备驱动，直接将播放数据传给采集设备，实现音频数据环路。通过将系统默认输入输出设备设置为Soundflower，就可以采集到系统播放的音频数据。
项目地址：https://github.com/RogueAmoeba/Soundflower-Original
Update(2021.6.9):
新发布的macOS11安全管理策略变得更为严格，由于kext运行在内核态，系统对其做了更多限制，不再建议使用。官方说明如下：macOS 中的系统和内核扩展
作为替代，建议使用基于CoreAudio框架实现的虚拟设备插件。CoreAudio插件运行在用户态，插件加载后，作用于Soundflower基本一致。
相关资料可以参考：Building an Audio Server Plug-in and Driver Extension
方案实现
介绍完以上的技术背景，其实就可以设计出macOS系统音频数据采集方案：
如上图所示，用户App通过mac系统播放音频。
我们可以在启动系统音频采集功能时将系统音频播放设备设置为Soundflower虚拟扬声器，同时在App中将输入设为Soundflower虚拟麦克风和硬件麦克风，将混音后的音频数据输出到硬件扬声器。关闭系统音频采集功能将系统设置还原。理论上，这就已经可以满足我们的需求了。
关键调用流程
为了实现以上方案，有以下关键调用流程：
- 第一次调用内录接口时，请求管理员权限，将Soundflower.kext内核扩展拷贝到系统目录
- 调用kextload命令加载Soundflower.kext
- 将系统默认音频播放设备设置为Soundflower虚拟扬声器
- App中将音频采集设备设置为Soundflower虚拟麦克风
- App中如果有硬件麦克风采集需求，则另起一路硬件麦克风采集
- App中将音频播放设备设置为硬件扬声器
需要关闭该功能时，需要执行如下调用流程：
- 将系统默认输入输出设备还原
- 卸载Soundflower.kext
以上调用流程并不复杂，关键代码都可以从以上介绍的开源项目中找到参考，需要注意一下几点：
加载/卸载kext需要系统提权，macOS提权可以选择AuthorizationRef或者苹果官方推荐的SMJobBless
切换系统默认音频设备代码实现可以参考switchaudio-osx项目中audio_switch.c相关代码
至于mac端音频采集播放的代码实现就相对比较复杂了，不过幸运的是，谷歌WebRTC项目中audio_device_mac.cc已经有了一套实现
总结
文本提供了macOS采集/录制系统音频数据的一种实现思路。具体代码实现过程中，还是有很多工作需要做的，例如系统提权如果要做的比较友好就需要用到SMJobBless启动守护进程来实现。当然，这属于另外一个话题了，在此不再赘述。