OS X 内核研究 准备知识
0x00 內(nèi)容簡介
子貢問為仁。子曰：“工欲善其事，必先利其器。居是邦也，事其大夫之賢者，友其士之仁者。”
—《論語·衛(wèi)靈公》
? 在開始研究OSX內(nèi)核以及與OSX相關(guān)知識之前，需要對OSX有一個(gè)比較全面的認(rèn)識，將一些簡單的概念搞清楚。
0x01 OS X 體系結(jié)構(gòu)
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1.1 OS X系統(tǒng)的整體體系結(jié)構(gòu)
- 用戶體驗(yàn)( The User Experience layer )：為了研究內(nèi)核做準(zhǔn)備，贊不關(guān)心。
- 應(yīng)用軟件開發(fā)框架（The Application Frameworks layer）：Cocoa, Carbon, Java這些開發(fā)的API與運(yùn)行時(shí)。
- 核心開發(fā)框架（The Core Frameworks）：圖形和多媒體一類軟件的開發(fā)環(huán)境。
- Darwin：系統(tǒng)內(nèi)核。
google了其他一些文章，分層也是基本差不多，可以參考此圖：
1.2 Darwin體系結(jié)構(gòu)
主要關(guān)心的其實(shí)還是Darwin這個(gè)模塊，他的體系結(jié)構(gòu)大致如下圖所示:
這個(gè)圖暫時(shí)看不懂也沒關(guān)系，需要做到的知識儲備有以下幾點(diǎn)：
- Darwin是蘋果系統(tǒng)的一部分。
- Darwin是一種類似unix的操作系統(tǒng)，他的核心是XNU。
- XNU是一種混合式內(nèi)核。結(jié)合了mach與BSD兩種內(nèi)核。
1.3 XNU的簡單概括
有以下4個(gè)主要的功能模塊：
-
Mach微內(nèi)核
-
BSD內(nèi)核
-
libKern
-
I/O Kit
1.3.1 Mach微內(nèi)核簡介
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Mach是作為傳統(tǒng)UNIX內(nèi)核的替代品出現(xiàn)的，因此其間的不同之處值得留意。當(dāng)時(shí)的人們已漸漸感受到了早期UNIX中“一切皆文件”的抽象機(jī)制的不足，有限的擴(kuò)展性使得開發(fā)者捉襟掣肘，苦不堪言。雖說貝爾實(shí)驗(yàn)室的Plan9在此方向上做了進(jìn)一步努力，可是效果并不理想。現(xiàn)代操作系統(tǒng)需要更進(jìn)一步的抽象[1]。
在XNU中主要完成以下幾個(gè)功能：
- 進(jìn)程與線程的抽象
- 虛擬內(nèi)存管理
- 任務(wù)調(diào)度
- 進(jìn)程間通信
1.3.2 BSD內(nèi)核簡介
BSD的實(shí)現(xiàn)在Mach的上層，這一層提供了一些流行的API，支持了POSIX。在XNU中主要實(shí)現(xiàn)了一些高級的API與模塊。
- UNIX進(jìn)程模型
- POSIX線程模型即pthread。以及相關(guān)的同步功能。
- UNIX的用戶與組管理
- 網(wǎng)絡(luò)棧(BSD Socket API)
- 文件系統(tǒng)
- 設(shè)備系統(tǒng)
1.3.3 libKern
libKern實(shí)現(xiàn)了一個(gè)C++的子集，為I/O kit 提供C++的實(shí)現(xiàn)。
1.3.4 I/O kit
I/O Kit 是XNU不同于其他傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架。
IOKit是一個(gè)面向?qū)ο蟮尿?qū)動(dòng)模型框架，它是早期DriverKit的一個(gè)翻版，Driver Kit是使用Objective-C寫的，而IOKit是一個(gè)C++的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，它在DriverKit的基礎(chǔ)上做了很大的改進(jìn)，比如IOKit可以寫在用戶空間跑的驅(qū)動(dòng)（雖然大多仍是跑在內(nèi)核空間上的），因而驅(qū)動(dòng)掛了而系統(tǒng)不會掛。另外IOKit考慮到了計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢，所以在電源管理、即插即用、動(dòng)態(tài)加載上做得更好[2]。
1.4 APPs的文件結(jié)構(gòu)
每一個(gè)應(yīng)用程序都是這樣一個(gè)大致類似的文件結(jié)構(gòu)。
1.4.1 Info.plist
為了提供更好的用戶體驗(yàn)，IOS 和 OS X的每個(gè)app或bundle都依賴于特殊的元信息(meta Information).
- 直接向用戶展示信息
- 系統(tǒng)內(nèi)部用來標(biāo)識你的app或其支持的文檔類型
-
系統(tǒng)框架用來輔助app的加載
每個(gè)application都使用Info.plist文件來存儲以上的元信息，從名稱上也可以判斷出Info.plist就是以上提到的“屬性列表”[3]。
1.4.2 Resources
就是APP需要的資源。與我們研究內(nèi)容關(guān)系不大不多關(guān)注。
1.4.3 MacOS
這里存放的就是可執(zhí)行文件。
0x02 OS X使用的安全機(jī)制
2.1 代碼簽名
膚淺的理解就是確認(rèn)APP是通過了蘋果審核的，可以認(rèn)為是沒有惡意的。
摘錄了一段比較詳細(xì)的描述：
作為一個(gè) iOS 開發(fā)者，在你開發(fā)使用的機(jī)器上應(yīng)該已經(jīng)有一個(gè)證書，一個(gè)公鑰，以及一個(gè)私鑰。這些是代碼簽名機(jī)制的核心。像 SSL 一樣，代碼簽名也依賴于采用 X.509 標(biāo)準(zhǔn)的公開密鑰加密。
在 OS X 上一個(gè)應(yīng)用是否允許被開啟是由 Gatekeeper 的選項(xiàng)決定的，你可以在系統(tǒng)設(shè)置的安全選項(xiàng)中改變選項(xiàng)。在 Gatekeeper 選項(xiàng)中選擇 “受信任的開發(fā)者或者來自 Mac App Store” 會要求被打開的應(yīng)用必須被證書簽名，可以是 Mac App Store 開發(fā)者的應(yīng)用發(fā)布證書也可以是開發(fā)者 ID 證書。這些選項(xiàng)是由一個(gè)系統(tǒng)工具 spctl 來管理的，它管理著系統(tǒng)的所有安全評估策略。
在 iOS 上規(guī)則是不一樣的，無論是用戶還是開發(fā)者都不能改變應(yīng)用開啟策略，你必須有一個(gè)開發(fā)者帳號或者應(yīng)用發(fā)布證書才能讓應(yīng)用運(yùn)行在 iOS 系統(tǒng)上[4]。
2.2 強(qiáng)制訪問控制 (Mandatory Access Control)
FreeBSD 5.x最早引入，是OS X隔離機(jī)制（Sandboxing，沙盒機(jī)制）和iOS的entitlement機(jī)制基礎(chǔ)。
強(qiáng)制訪問控制（Mandatory Access Control——MAC），用于將系統(tǒng)中的信息分密級和類進(jìn)行管理，以保證每個(gè)用戶只能訪問到那些被標(biāo)明可以由他訪問的信息的一種訪問約束機(jī)制。通俗的來說，在強(qiáng)制訪問控制下，用戶（或其他主體）與文件（或其他客體）都被標(biāo)記了固定的安全屬性（如安全級、訪問權(quán)限等），在每次訪問發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)檢測安全屬性以便確定一個(gè)用戶是否有權(quán)訪問該文件。
2.3 沙盒（sandbox）
沙盒是一種安全機(jī)制，為運(yùn)行中的程序提供了一個(gè)隔離的環(huán)境。OS X的沙盒在啟動(dòng)的時(shí)候可以設(shè)置運(yùn)行的程序是否可以訪問網(wǎng)絡(luò)、文件、目錄等。
圖片摘自這里[5]。
參考
[1].Mach — https://zh.wikipedia.org/wiki/Mach
[2].OSX系統(tǒng)編程環(huán)境的介紹 — http://www.tanhao.me/talk/440.html/
[3].IOS之Info.plist文件簡介 — http://my.oschina.net/hmj/blog/104196
[4]代碼簽名探析 — http://http://objccn.io/issue-17-2/
[5]《深入解析Mac OS X & iOS操作系統(tǒng)》讀書筆記 —http://blog.okeyang.com/blog/2015/07/24/shen-ru-jie-xi-mac-os-x-and-ioscao-zuo-xi-tong--du-shu-bi-ji/
?原文地址： http://turingh.github.io/2016/02/29/OS-X-%E5%86%85%E6%A0%B8%E7%A0%94%E7%A9%B6-%E5%9F%BA%E7%A1%80%E7%9F%A5%E8%AF%86/
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的OS X 内核研究 准备知识的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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