mac os x操作系统结构分析

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1、MacOSX操作系统结构分析李俊阳1（1.武汉理工大学计算机科学与技术学院物联网1203班，湖北省武汉市，430063）摘要：MacOSX是苹果公司为Mac电脑开发的专属操作系统的最新版本。一直以来，MacOSX操作系统以它的快速、干净、安全等特性为公众喜爱。MacOSX可谓是Unix系操作系统当中最为成功的操作系统之一，那么研究其操作系统结构就成了探寻其快速、干净、安全等特性的必不可少的步骤。作为Unix系操作系统，MacOSX的核心底层部分和Unix系统类似，但是在应用、框架等方面，MacOSX做了大量的工作来保证在功能愈发强大的同时保护MacOSX的安全。MacOSX的系统结

2、构由四个层组成，分别是：内核环境、应用服务层、核心服务层和应用程序环境。关键词：MacOSX；操作系统结构；系统架构；苹果操作系统MacOSX是苹果公司为Mac电脑开发的专属操作系统的最新版本。一直以来，MacOSX操作系统以它的快速、干净、安全等特性为公众喜爱。MacOSX可谓是Unix系操作系统当中最为成功的操作系统之一。目前，苹果公司已经开放了MacOSX的内核系统Darwin的源代码，并公开了一系列的MacOSX系统文档，借助Darwin源代码的分析、苹果公司公开的文档以及Unix系统架构的分析，我们可以总结出一个完整的MacOSX操作系统结构框架。1MacOSX操作系统简

3、介MacOSX于1998年首次推出，并从2002年起随Mac电脑发售。它是一套Unix基础的操作系统，包含两个主要的部份：核心名为Darwin，是以FreeBSD源代码和Mach微核心为基础，由苹果公司和独立开发者社群协力开发；及一个由苹果电脑开发，名为Aqua之专有版权的图形用户接口。MacOSX是先进的操作系统。基于坚如磐石的UNIX基础，设计简单直观，让处处创新的Mac安全易用，高度兼容，出类拔萃。UNIX之威力，Mac之简单OSX既简单易用且功能强大。所有的一切-从启动Mac后所看到的桌面，到你日常使用的应用程序，都设计得简约精致。无论是浏览网络、查看邮件和外地朋友视频聊天

4、，所有事情都简单高效、趣味盎然。当然，简化复杂任务要求尖端科技，而OSX正拥有这些尖端科技。它不仅使用基础坚实、久经考验的UNIX系统提供空前的稳定性，还提供超强性能、超炫图形并支持互联网标准。[2]2系统架构MacOSX架构的主要特点是系统软件和接口的分层结构，其中一层依赖于它的下一层。并且MacOSX需要把不同的一组技术继承到一起（其中某些技术在发展历史上有着很大的差异），并将这套统一整合后的技术建立在一个高级内核环境的基础上。[1]而我们分析复杂软件的一种常用方法就是把软件的各个部分分解成不同的“层”。直观地看来，一层位于另一层之上，最基础的层位于最底端。这种视图暗示了软件层

5、与层之间的一般接口与依赖关系。软件中位置越高的层就越接近于实际的应用程序代码，其下又紧紧依赖于其他层的支持，层层累加，高层依赖于低层。2.1内核环境（CoreOperatingSystem）[3]内核环境为MacOSX提供基础层。MacOSX的核心基于Unix操作系统，名为Darwin，主要由Mach和BSD组成。用户可以通过终端（Terminal）程序来使用Unix的命令。同时，MacOSX也包括了网络协议栈、网络服务、文件系统和设备驱动程序。内核环境为开发设备驱动（I/OKit）和可装载内核扩展提供了工具。内核是操作系统的核心，距有很多最基本的功能，它负责管理系统的进程、内存、

6、设备、驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。内核环境由以下几个主要部分构成：2.1.1系统内核：XNUXNU，由苹果电脑发展的操作系统内核，被使用于MacOSX中，XNU是XisNotUnix的缩写。XNU最早是由NeXT公司为了NeXTSETP操作系统而发展的，采用了一种混合式核心（HybridKernel），结合了Mach、BSD以及I/OKit的面向对象应用程式接口，系统内核以C++撰写。2.1.2Mach内核Mach提供了对任务、线程、端口、虚拟地址、内存管理和任务间通信的基本抽象概念和具体实现。Mach也是操作系统的一部分，用于管理处理器的使用，控制时序安排

7、及强制内存保护。另外，它为操作系统的其他部分提供了计时服务、同步基本单元和以消息为中心的底层构造。Mach内核使得任何进程都拥有一般系统中内核才有的权限，从而允许用户进程实现与硬件交互等基本操作。Mach主要是以以下概念作为基础而研发的：·“任务”即拥有一组系统资源的对象，允许“线程”在其中执行。·“线程”是执行的基本单位，拥有一个任务的上下文，并且共享任务中的资源。·“port”是任务间通讯的一组受保护的消息队列，任务可以对任何port发送或接收数据·“消息”是某些