XNU

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XNU
開発元 アップル
対応OS Darwin, iOS, Mac OS X
種別 カーネル
ライセンス Apple Public Source License 2.0
公式サイト opensource.apple.com/source/xnu
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XNUアップルが取得・開発したオペレーティングシステムカーネルである。Mac OS Xに用いられ、オープンソースソフトウェアDarwinの一部として公開されている。XNUはX is Not Unixの略。[1]

デザイン[編集]

XNUはモノリシックカーネルマイクロカーネルの特徴を併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にするメッセージパッシングのモジュール性やより広範なメモリ保護、モノリシックカーネルがもつ実行速度の保持など、両方の技術を有効に利用することを試みている。

XNUは現在、ARM[2]IA-32x64PowerPCベースのプロセッサにおいて、シングルプロセッサとSMPの両方で動作する。

Mach[編集]

XNUの基礎であるMachはシンプルなマイクロカーネルであり、OSのコアを分割された柔軟なプロセスとして実行することができる(Machコアの上でいくつかのOSを平行して実行できる)。しかし、これはカーネル/ユーザモードの切り替えに時間を消費し、またマイクロカーネルのアドレス空間とデーモンとのあいだで行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じることから、しばしばパフォーマンスが低下してしまう。Mac OS Xでは効率化のために、BSDの機能はMachのコアの中に組み込まれた。その結果、Machと古典的なBSDカーネル両方の利点と欠点を併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、プリエンプティブ・マルチタスク、メッセージパッシング(プロセス間通信)、メモリ保護仮想記憶ソフトリアルタイム処理のサポート、カーネルデバッグのサポート、コンソールI/Oを提供する。

BSD[編集]

カーネルのBSDの部分は、POSIX API(BSDシステムコール)、Machタスク上でのUnixプロセスモデル、基本的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、プロトコルスタック仮想ファイルシステム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、暗号化フレームワーク、UNIX System Vプロセス間通信、auditサブシステム、強制アクセス制御、いくつかのlocking primitivesを提供する。

I/O Kit[編集]

I/O Kit英語版C++のサブセットで書かれたデバイスドライバフレームワークである。オブジェクト指向設計を用いており、ドライバのクラスに共通する機能を提供し、ドライバをより早くより少ないコードで書けるようにする。I/O Kitはマルチスレッド化されており、対称型マルチプロセッシングを保証し、ホットプラグや動的なデバイスの配置を可能にする。

システムの安定性を高めるため、多くのドライバはユーザ空間で実行されるように書くことができる。(もしユーザ空間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。)カーネル空間のドライバの例として、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、USBFireWireのコントローラのドライバ、仮想機械のドライバなどがある。

共有資源の保護[編集]

マルチプロセッサのマシンを安全に動かすために(ファイル、データ構造など)共有資源へのアクセスは、同一時間のうちにリソースが改変されないように直列化しなければならない。同時発生的なアクセスを防ぐための手法として不可分操作スピンロッククリティカルセクション排他制御、serializing tokenを用いることができる。

歴史[編集]

NeXT社時代[編集]

もともとNeXTSTEP OSのためにNeXTによって開発されたXNUは、カーネギーメロン大学が開発したMachカーネル2.54.3BSDコンポーネントを付加し、Driver Kitと呼ばれるドライバを記述するためのオブジェクト指向APIを組み合わせたハイブリッドカーネルであった。

アップル社買収後[編集]

NeXTがアップルに買収された後、Machコンポーネントは3.0へ、BSDコンポーネントFreeBSDプロジェクトに由来するコードへとアップグレードされ、Driver KitはI/O Kitと呼ばれるドライバを記述するためのC++ APIに置き換えられた。

K32/K64[編集]

XNUはMac OS X 10.6 Snow Leopard(Darwinバージョン10)から、K32と呼ばれる32ビットのバージョンとK64と呼ばれる64ビットのバージョンの2つになった。[3] K32は64ビットアプリケーションをユーザランドで実行できる。Mac OS X 10.6で新しくなったのは、XNUが64ビットのカーネル空間で実行できるようになったことである。K64はK32と比べていくつかの利点がある: [4]

  • より大きい32GBのRAMを扱うことができる。
  • より大きなキャッシュバッファが扱え、潜在的なI/Oパフォーマンスが向上する。
  • 非常に大きなDMAバッファがいくつかあっても、すべてのデバイスを64ビット空間に配置でき、高性能なネットワークデバイスや複数のGPUを使ったときのパフォーマンスが向上する。

64ビットカーネルをサポートする機種で、6と4キーを押し続けて起動するとK64で起動できる。[5] K64は32ビットアプリケーションを実行できるが、32ビットカーネル機能拡張 (KEXT) は実行できないので、これらを読み込めるようにするにはK64に移植しなければならない。

参考文献[編集]

外部リンク[編集]