XNU

XNUはモノリシックカーネルと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-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の両方で動作する。

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  XNUカーネルの図
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  Noyau xnu simplifié

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。macOS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。

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  XNU カーネル
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  XNUの図

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+ / APFS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（英語版）は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、USBやFireWireのコントローラのドライバ、仮想マシンのドライバなどがある。

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。