XNU

XNU

開発元かいはつもと	Apple
初版しょはん	1996年ねん12月 (1996-12)
リポジトリ	github.com/apple-oss-distributions/xnu
プログラミング 言語げんご	C　C++
対応たいおうOS	Darwin, iOS, macOS, Unix系けい
サポート状じょう況きょう	開発かいはつ中ちゅう
種別しゅべつ	カーネル・ハイブリッドカーネル
ライセンス	Apple Public Source License 2.0
公式こうしきサイト	www.opensource.apple.com/

XNUは、Appleが取得しゅとく・開発かいはつしたオペレーティングシステムカーネルである。macOSに用もちいられ、オープンソースソフトウェアのDarwinの一部いちぶとして公開こうかいされている。XNUはX is Not Unixの略りゃく。

デザイン

XNUはモノリシックカーネルとマイクロカーネルの特徴とくちょうを併あわせもつハイブリッドカーネルで、マイクロカーネルが可能かのうにするメッセージパッシングのモジュール性せいやより広範こうはんなメモリ保護ほご、モノリシックカーネルがもつ実行じっこう速度そくどの保持ほじなど、両方りょうほうの技術ぎじゅつを有効ゆうこうに利用りようすることを試こころみている。

XNUは現在げんざい、ARM、IA-32、x64、PowerPCベースのプロセッサにおいて、シングルプロセッサとSMPの両方りょうほうで動作どうさする。

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  XNUカーネルの図ず
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  Noyau xnu simplifié

Mach

XNUの基礎きそであるMachはシンプルなマイクロカーネルであり、OSのコアを分割ぶんかつされた柔軟じゅうなんなプロセスとして実行じっこうすることができる（Machコアの上うえでいくつかのOSを平行へいこうして実行じっこうできる）。しかし、これはカーネル/ユーザモードの切きり替かえに時間じかんを消費しょうひし、またマイクロカーネルのアドレス空間くうかんとデーモンとのあいだで行おこなわれるメッセージのマッピングやコピーによってオーバーヘッドを生しょうじることから、しばしばパフォーマンスが低下ていかしてしまう。macOSでは効率こうりつ化かのために、BSDの機能きのうはMachのコアの中なかに組くみ込こまれた。その結果けっか、Machと古典こてん的てきなBSDカーネル両方りょうほうの利点りてんと欠点けってんを併あわせもつものとなった。

Machは、カーネルスレッド、プロセス管理かんり、プリエンプティブ・マルチタスク、メッセージパッシング（プロセス間あいだ通信つうしん）、メモリ保護ほご、仮想かそう記憶きおく、ソフトリアルタイム処理しょりのサポート、カーネルデバッグのサポート、コンソールI/Oを提供ていきょうする。

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  XNU カーネル
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  XNUの図ず

BSD

カーネルのBSDの部分ぶぶんは、POSIX API（BSDシステムコール）、Machタスク上じょうでのUnixプロセスモデル、基本きほん的てきなセキュリティーポリシー、ユーザIDとグループID、アクセス権けん、プロトコルスタック、仮想かそうファイルシステム、HFS / HFS+などいくつかのローカルファイルシステム、Network File System (NFS) クライアントとサーバ、暗号あんごう化かフレームワーク、UNIX System Vプロセス間あいだ通信つうしん、auditサブシステム、強制きょうせいアクセス制御せいぎょ、いくつかのlocking primitivesを提供ていきょうする。

I/O Kit

I/O KitはC++のサブセットで書かかれたデバイスドライバフレームワークである。オブジェクト指向しこう設計せっけいを用もちいており、ドライバのクラスに共通きょうつうする機能きのうを提供ていきょうし、ドライバをより早はやくより少すくないコードで書かけるようにする。I/O Kitはマルチスレッド化かされており、対称たいしょう型がたマルチプロセッシングを保証ほしょうし、ホットプラグや動的どうてきなデバイスの配置はいちを可能かのうにする。

システムの安定あんてい性せいを高たかめるため、多おおくのドライバはユーザ空間くうかんで実行じっこうされるように書かくことができる。（もしユーザ空間くうかんのドライバがクラッシュしてもカーネルはクラッシュしないが、カーネル空間くうかんのドライバがクラッシュするとカーネルもクラッシュする。）カーネル空間くうかんのドライバの例れいとして、ディスクアダプタやネットワークアダプタのドライバ、グラフィックドライバ、USBやFireWireのコントローラのドライバ、仮想かそう機械きかいのドライバなどがある。

共有きょうゆう資源しげんの保護ほご

マルチプロセッサのマシンを安全あんぜんに動うごかすために（ファイル、データ構造こうぞうなど）共有きょうゆう資源しげんへのアクセスは、同どう一いち時じ間あいだのうちにリソースが改変かいへんされないように直列ちょくれつ化かしなければならない。同時どうじ発生はっせい的てきなアクセスを防ふせぐための手法しゅほうとして不可分ふかぶん操作そうさ、スピンロック、クリティカルセクション、排他はいた制御せいぎょ、serializing tokenを用もちいることができる。

歴史れきし

NeXT社しゃ時代じだい

詳細しょうさいは「NEXTSTEP」および「OPENSTEP」を参照さんしょう

もともとNeXTSTEP OSのためにNeXTによって開発かいはつされたXNUは、カーネギーメロン大学だいがくが開発かいはつしたMachカーネル2.5に4.3BSDコンポーネントを付加ふかし、Driver Kitと呼よばれるドライバを記述きじゅつするためのオブジェクト指向しこうAPIを組くみ合あわせたハイブリッドカーネルであった。

Apple買収ばいしゅう後ご

詳細しょうさいは「macOS」、「Darwin」、および「iOS」を参照さんしょう

NeXTがAppleに買収ばいしゅうされた後のち、Machコンポーネントは3.0へ、BSDコンポーネントはFreeBSDプロジェクトに由来ゆらいするコードへとアップグレードされ、Driver KitはI/O Kitと呼よばれるドライバを記述きじゅつするためのC++ APIに置おき換かえられた。

K32/K64

XNUはMac OS X 10.6 Snow Leopard（Darwinバージョン10）から、K32と呼よばれる32ビットのバージョンとK64と呼よばれる64ビットのバージョンの2つになった。K32は64ビットアプリケーションをユーザランドで実行じっこうできる。Mac OS X 10.6で新あたらしくなったのは、XNUが64ビットのカーネル空間くうかんで実行じっこうできるようになったことである。K64はK32と比くらべていくつかの利点りてんがある。

• 実じつメモリとして32GBより多おおいRAMを扱あつかうことができる。
• より大おおきなキャッシュバッファが扱あつかえ、潜在せんざい的てきなI/Oパフォーマンスが向上こうじょうする。
• 非常ひじょうに大おおきなDMAバッファがいくつかあっても、すべてのデバイスを64ビット空間くうかんに配置はいちでき、高性能こうせいのうなネットワークデバイスや複数ふくすうのGPUを使つかったときのパフォーマンスが向上こうじょうする。

64ビットカーネルをサポートする機種きしゅで、6と4キーを押おし続つづけて起動きどうするとK64で起動きどうできる。K64は32ビットアプリケーションを実行じっこうできるが、32ビットカーネル機能きのう拡張かくちょう (KEXT) は実行じっこうできないので、これらを読よみ込こめるようにするにはK64に移植いしょくしなければならない。

外部がいぶリンク

• XNU: The Kernel - kernelthread.comによる、XNUコンポーネントの概要がいよう
• Inside the Mac OS X Kernel - 'This talk intends to clear up the confusion by presenting details of the Mac OS X kernel'