macOS 结构

2016 年 6 月，苹果公司宣布 OS X 更名为 macOS，以便与苹果其他操作系统如 iOS、watchOS 和 tvOS 保持统一的命名风格。

macOS 结构图

Mac OS X 包含两个主要部分：以 FreeBSD 源代码 和 Mach 微核心为基础的 XUN 混合内核，并在 XNU 上构建的 Darwin 核心系统；及一个由苹果开发，称为 Aqua 的闭源、独占版权的图形用户界面。细分的看，Mac OS X 系统可以分成五层结构，每一层有其代表性技术。

内核和设备服务层

内核和设备服务层：包括 XNU 内核、设备驱动和其他底层组件。XNU 是由苹果电脑发展的操作系统内核，被使用于 Mac OS X 中。它是 Darwin 操作系统的一部分，跟随着 Darwin 一同作为自由及开放源代码软件被发布。其中，XNU
是 X is Not Unix 的缩写。XNU 包括 Mach 和 BSD（libSystem）两个部分，最初版本的 XNU 是 Mach 2.5 版本和 BSD 4.3的混合，随着 OS X 的发布，Mach 版本升级到 3，BSD 部分被 FreeBSD 替代。

• Mach

Mach 是一个由卡内基梅隆大学开发的计算机操作系统微内核， 是最早实现微内核操作系统的例子之一，也是许多其他相似的项目的标准。同 Unix 一样，Mach 系统也包含了一组丰富的实用工具，并保留了 Unix 中驱动程序的概念用以硬件交互。在 OS X 中，Mach 内核为系统提供了 64 内核和主要驱动支持。

• BSD

伯克利软件套件（英语：Berkeley Software Distribution，缩写为 BSD），也被称为伯克利Unix（Berkeley Unix），是一个操作系统的名称，现在 BSD 也被用于称呼其衍生的各种套件。时至今日， OS X中的许多命令行工具还是来源于 BSD。在 OS X 中，文件系统、网络栈、IPC、通知机制的支持也来自 BSD。

核心系统层（Core OS）

核心系统层的技术和框架是硬件/网络相关的底层服务，这些服务是和内核特性直接相关的。包括以下组件和框架（不完全列举）：

• 安全措施：（为上层提供支持）包括Gatekeeper、APP 沙盒化、代码签名等。
• Core OS 框架：包括磁盘管理、硬件加速、OpenCL、系统配置等。
• Hypervisor：虚拟化支持。

核心服务层（Core service）

核心服务层和用户界面的应用程序没有直接联系，但是它们建立在内核和核心系统层上，为APP提供诸如数据处理、字符串控制、封装网络库等核心支持。包括以下组件和框架（不完全列举）：

• iCloud 存储服务和 CloudKit
• 社交网络帐号：包括保存在 OS X 内的社交帐户的管理。
• 文件管理
• 本地化设置：语言、货币、日期和时间的格式化、编码、字体排版和渲染。
• 安全认证：包括本地账户、信任的证书、安全传输、密钥串访问等。
• Time Machine 支持：OS X 的系统备份功能。
• Bonjour：局域网下的设备发现服务，是打印机服务和局域网文件共享服务的基础。
• XML 和 SQLite 支持：系统和 APP 的配置文件使用 XML 格式进行存储，数据使用 SQLite 格式进行保存。
• Webkit: 允许 APP 进行网页渲染，具有 Web Core 和 JavaScript Core 两个部分。
• 快速预览：包括在 spotlight 中预览和空格键预览。
• Store Kit: 为 Mac Appstore 和 iTunes 提供支持，处理相关请求。
• Core Services Umbrella Framework：包括管理文件打开方式、MIME 支持、文件元数据管理、SearchKit 搜索支持、词典服务等。
  • Carbon: Carbon 也是 OS X 上的原生 API，也是 Core Services Umbrella Framework 的子集^[4]，和 Cocoa 不同的是，Carbon是面向过程（Procedural）的编程语言API，也更加接近系统底层，可以使用包括 C 和 C++ 在内的多种编程语言进行开发，类似 Windows 的 win32 API。Carbon API 提供了良好的向下兼容性，为开发者快速将旧 MacOS 上的程序移植到 OS X 提供了便利，但是 Carbon 本身已经处于被苹果不建议使用的状态，也没有64位支持，在 OS X 10.8 后苹果没有对 Carbon 提供后续更新。

媒体层

媒体层负责音频、图像等多媒体文件的处理，2D 和 3D 图像的渲染，各种动画支持。

• OpenGL ：OpenGL是一个定义了一个跨编程语言、跨平台的应用程序接口（API）的规范，它用于生成二维、三维图像。OpenGL本身与语言和平台无关，它将具体实现交给窗口系统，OS X 也提供了OpenGL 的实现。
• Metal ：Metal 是一种面向底层的硬件加速 API，Metal 在单一 API 下提供了类似 OpenGL 和 OpenCL 的功能，旨在为提供和 Windows上Direct3D 12和跨平台的Vulkan相似的功能和特性。 从10.11开始在 OS X 上提供支持。
• Quartz：Quartz 是 OS X 上的 UI 绘图层，由 Quartz Compositor（合成视窗系统，管理和合成幕后视窗视频来创建Mac OS X用户界面） 和 Quartz 2D（以PDF规范为基础的图形库，用来绘制二维文字和图形，现在被称为 Core Graphics）组成。
• 颜色管理
• 音视频文件解析：包括QuickTime Kit、Core Media 、Core Video等一系列多媒体处理框架。
• 字体渲染系统：包括 Cocoa Text 系统和Core Text。

图形用户界面（Cocoa 层）

图形用户界面层包括设计和用户交互的 UI、响应用户操作、管理程序的行为。

• Aqua：Aqua 是承载于 Quartz 上的 GUI 系统和视觉主题，首次发布于2000年。
• X11（XQuartz）: XQuartz 是 OS X 上 X窗口系统的一个实现，最初和 OS X 10.2 公开预览版一起提供，从 OS X 10.8 开始不随系统提供。
• Spotlight：OS X 下的搜索工具。
• Cocoa: Cocoa是 Mac OS X 上原生面向对象的编程环境，建立在 Quartz 上并由Objective-C语言编写，Cocoa 程序也主要使用Objective-C语言编写，但是通过桥接技术，也可以使用 JAVA、Python、Ruby 等语言开发 Cocoa 应用。Cocoa是典型的 MVC 模式。
  • Appkit：直接派生自NeXTSTEP的AppKit的。它包含了程序与图形用户界面交互所需的代码。
  • Foundation 工具包：首先出现在OpenStep中。在Mac OS X中，它是基于Core Foundation的。作为通用的面向对象的函数库，Foundation提供了字符串，数值的管理，容器及其枚举，分布式计算，事件循环，以及一些其它的与图形用户界面没有直接关系的功能。
  • Core Data：Core Data是Mac OS X中Cocoa API的一部分，它允许按照MVC模型组织APP的数据，并以XML，二进制文件或SQLite数据文件的格式将其序列化。