現在，我們所知道的操作系統中，都有一個關鍵的核心組件，叫做內核（kernel）。內核能夠充分利用底層 CPU 提供的所有特性和能力，為客戶提供各種各樣的服務。
那么，內核到底為我們做了什么呢？
- 內核為我們應用程序開發者，做了層次的抽象，我們不需要過多考慮設備訪問、文件讀寫，我們可以使用內核提供的一套 API 很快速的完成想要的功能
- 現在操作系統都是多任務搶占式的操作系統，程序的數目可以遠多于處理器（核心）的數目，內核會判定哪一個程序運行在哪一個處理器上
- 程序會訪問共享設備（顯示器、網絡適配器等），內核提供安全的調度方式，來規避沖突和瓶頸
- 內核也提供安全服務，對各種權限做驗證
內核架構
1.單內核
單內核，也叫宏內核，將所有的內核功能都放到一個地址空間中，線程調度和內存管理，以及文件系統、安全管理、設備驅動等都放在一起。
所有內核功能都實現在同一個地址空間中，宏內核只需要函數調用就可以完成各個功能的協調合作，具有簡潔、性能好的特點。
2.微內核
微內核，只包含最核心的功能，通常包括任務調度和內存管理，其他功能都交給用戶態的服務程序。所有這些服務，都被分解到不同的地址空間里，因此，不能夠像單內核那樣直接的函數調用，微內核各個服務程序之間需要通過消息傳遞（IPC）來進行通信。
微內核的進程通信需要內存復制、上下文切換等操作，同時消息傳遞也存在一些延遲，所以微內核的性能不及單內核。但是，微內核的擁護者，一直以微內核的靈活性、穩定性而驕傲。
3.混合內核
混合內核想要結合以上兩種內核的好處，最核心的底層服務，包括調度、進程通信和虛擬內存，和微內核一樣，包含在最核心的位置，對于這個核心之外的服務，也是在內核態的，同時和這個核心在同一內存空間中。
我們 Mac OS X 系統的內核就是混合內核，我們叫它 XNU。XNU的核心是 Mach，同時在 Mach之上建立了一個BSD層 ，他們都在同一地址空間中，和單內核一樣具有較高的運行效率。
注：
XNU也有消息傳遞，但是消息以指針的形式傳遞，不需要昂貴的復制操作，所以與單內核一樣具有高效率。
XNU-Mach
Mach 和 BSD 都有自己職責的分工，那么先說 Mach 都有那些核心的職責
- 進程和線程管理：我們平時所用到的 POSIX 線程和 NSThread 都是和 Mach 層線程一一對應的，POSIX 線程是BSD 層對 線程的更高層次抽象
- 虛擬內存的分配和管理
- CPU 等物理設備的分配和調度
- 異常：Mach 在已有的消息傳遞機制上實現了一種異常處理機制，下面會仔細介紹作為應用層面的開發者，如何來做 Mach 異常捕獲，可以利用這個做一些 crash 信息的收集工作，其他 crash 收集文章可以參考這里
如果想要做mach 異常捕獲，需要注冊一個異常端口，這個異常端口會對當前任務的所有線程有效，如果想要針對單個線程，可以通過 thread_set_exception_ports注冊自己的異常端口，發生異常時，首先會將異常拋給線程的異常端口，然后嘗試拋給任務的異常端口，當我們捕獲異常時，就可以做一些自己的工作，比如，當前堆棧收集等。
對于如何注冊一個異常端口，這里有一個示意圖和 相關代碼 可以參考
XNU-BSD
Mach 層的服務不足以支撐整個完整的操作系統，在Mach 之上，又建立了一個 BSD 層，BSD 提供了更豐富的功能
- 進程和線程更多特性：BSD 層的 進程和線程比 Mach 層包含更多的信息，支持更多的特性，Mach 層的進程和線程并不能滿足操作系統的高級需求，通過BSD 層 XNU 提供了更為豐富且標準化的 API
- 網絡協議棧
- 文件系統：在 OS X 中可執行文件格式為 Mach-O，對于 Mach-O 的初級理解，可以先了解下 趣探 Mach-O：文件格式
- 設備訪問
libkern + I/O Kit
libkern 是一個自包含的 C++ 類庫，為 C++ 運行時提供支持和基礎類。I/O Kit 是一個 C++ 編寫的設備程序驅動框架，讓開發者可以快速的創建穩定優雅的設備驅動程序。
OS X 與 iOS 區別
OS X 與 iOS 大致上保持一致，但是也有些區別
- iOS 上內存管理使用
jetsam機制，一個基于優先級隊列的機制，優先級由低到高是：IDLE（空閑）－>BACKGROUND－>FOREGROUND,依次類推。當內存過低的時候，就會在隊列中進行廣播，希望大家盡量釋放內存，如果一段時間后，仍然內存不夠，就會開始Kill進程，直到內存夠用。但是OS X上使用的是Swap機制，利用內存和磁盤的交換來協調進程間內存使用。 - 沙盒化，所有通過
app store分發的程序都會有沙盒化這一機制， OS X 可以通過多種渠道下載軟件，但是 iOS 只能通過app store下載， iOS 上所有軟件必須都支持沙盒化。 -
entitlement：是一個 plist 文件，里面列舉了可以獲得的授權，會由蘋果進行數字簽名。entitlement是用來賦予你某種權限，apple可以通過entitlement來賦予開發者更多的權限。 -
encrypted image：程序image加密功能
參考資料
- 代碼簽名探析
- Mac OS X and iOS Internals: To Apple Core
- iDev 開發者大會 - 李亮
