Darwin 操作系统

Mac OS X 的 Darwin 操作系统核心以苹果命名。没有用户界面的 Mac OS X 被称为 Darwin。基于 BSD Unix 和 Mach 3.0 的内核自 1999 年首次发布以来，就融合了苹果和 UNIX 的不同世界的特性。Mac OS X 于 1997 年使用苹果的 NeXT 技术开发。NeXT 公司基于 4.3 BSD 开发了 OPENSTEP 操作系统，作为 NEXTSTEP 的升级版。

由于 Darwin 与 FreeBSD 发行版兼容作为参考，并推动了许多开源项目，苹果积极推广 BSD 社区。Mac OS X 将 Mac OS 的易用性与 UNIX（受保护内存区域）的效率和稳定性相结合。Darwin 操作系统的吉祥物是鸭嘴兽 Hexley。

概述

苹果和开源社区正在合作开发 PowerPC 和 x86 操作系统版本。开源理念影响着操作系统的各个版本。公众可以获得更新和新进展；通过免费注册，可以在苹果网站下载源代码。无法排除 Darwin 操作系统 XNU 分裂成几个发行版的可能性。

为 Darwin 系统核心创建的所有程序都与 Mac OS X 兼容，但一些独特的 Mac OS X 程序在 Darwin 上无法原生运行。Mach-O 是 Darwin 可执行应用程序的默认格式。支持主要由 Linux 使用的软件。Linux 应用程序可以移植，但尚未支持 ELF 格式。

历史

• Darwin 的历史始于 Unix 变体，并包含 NeXT 的 NeXTSTEP 操作系统（后来更名为 OPENSTEP，从 4.0 版本开始，并于 1989 年首次推出）的元素。
• 1996 年苹果收购 NeXT 后，宣布 OPENSTEP 将成为其下一代 操作系统 的基础。Rhapsody (1997)、Mac OS X Server 1.0 (1999)、Mac OS X Public Beta (2000) 和 Mac OS X 10.0 (2001) 都是由此演变而来的。
• 1999 年，苹果宣布将发布 Mac OS X Server 的 Apache Web 服务器、BSD Unix 4.4 OS 和 Mach 2.5 微内核的源代码。
• 公司首席执行官史蒂夫·乔布斯在提到英国博物学家查尔斯·达尔文时表示：“因为这关乎进化。” 2000 年，Mac OS X 操作系统的核心组件以 Darwin 的名义，根据 Apple Public Source License (APSL) 的条款作为开源软件发布；而 Cocoa 和 Carbon 框架等更高级别的组件则被保密。
• 2005 年 4 月，Mac OS X 的每个主要版本都包含一个用于在 PowerPC 和 Intel x86 平台上安装 Darwin 作为独立操作系统的 二进制 安装程序（ISO 镜像格式）。还提供了包含小型更新的软件包供单独安装。
• 目前 Darwin 仅提供源代码。截至 2023 年 1 月，苹果仅在其开源网站上发布了与 macOS 和 iOS 相关的开源项目的不完整汇编，不再以 Darwin 的名字提及。

Darwin 结构

Mac OS X 实现了抢占式多任务，并受益于相关的 UNIX 设计提供的保护内存区域。内核有五个部分：包含 I/O Kit、文件系统、网络功能和 BSD 子系统的 Mach 微内核。文件系统支持 Unicode 和最多包含 255 个字符的文件名。Mach 微内核负责资源管理，包括调度、内存保护、处理器性能和系统间通信。核心部分包含 4.4 BSD-Lite2 内核和用户空间的特定版本。这隔离了网络连接和文件系统，并包含 POSIX API。

对于 Mac OS X，BSD 内核负责程序组件的线程化、安全策略管理和系统进程管理。

面向对象的编程工具，例如 Darwin 附带的 I/O Kit，提供了创建驱动程序软件所需的资源，该软件支持抢占式多任务和 SMP。

OpenDarwin 为了创建 Darwin 的衍生版本和 Mac OS X 源代码的开发环境 (IDE)，于 2002 年成立了 OpenDarwin 项目。新成立的社区充当了 Mac OS X 和 Darwin 中苹果公司纳入官方源代码的新功能和错误修复的试验场。

2006 年 7 月 25 日，OpenDarwin 核心团队和管理员在其网站上公布了该项目的终止。

引用：“近年来，OpenDarwin 已缩减为 Mac OS X 相关项目的简单托管平台。最初构建 Darwin 和 Mac OS X 源的计划并未实现。社区缺乏兴趣、源的可访问性、与苹果员工的沟通、构建和监控源的挑战等都对此起到了推波助澜的作用。”

2007 年，PureDarwin 作为一个新项目推出，旨在让 Darwin 更贴近开源爱好者和开发人员。通过文档，任何爱好者都可以学习、改编和分享 Darwin。目标之一是为 Darwin 10.x 和 Darwin 9.x 创建可启动的 ISO 文件。

创建设计

操作系统中使用以下设计功能。

1. 基础（内核）

Darwin 的内核是 XNU，一个混合型内核，它利用 FreeBSD 的特定组件（如虚拟文件系统、网络堆栈和进程模型）、Open Software Foundation Mach Kernel 7.3 (OSF) 以及称为 I/O Kit 的面向对象设备驱动程序 API。混合型内核概念提供了单体内核的性能以及微内核的灵活性 [验证失败-参见讨论]。

2. 软硬件支持

最新可启动的完整版 Darwin 支持 32 位和 64 位 Apple PowerPC 计算机以及 32 位 Intel PC。

Darwin 目前支持 64 位 ARM 处理器，这些处理器用于 iPhone 5S 及更高版本、iPad Air 系列、第 6 代 iPod Touch、iPad Mini 2 及更高版本、第 5 代 iPad 及更高版本、第四代、iPad Pro 系列、后期 Apple TV、HomePod 系列、配备 Apple Silicon 的 Mac（例如 2020 年 Apple M1 Mac）以及 Raspberry Pi 3B。

通过 XNU 内核的开源移植，Darwin 支持苹果不正式支持的 Intel 和 AMD x86 平台，尽管自 2009 年以来似乎未更新。对于 ARM 设备，XNU 内核也作为开源移植可用，但自 2016 年以来未更新。早期版本支持 64 位 PowerPC、32 位 PowerPC、32 位 ARM 和 32 位 x86 的部分或全部。

由于 Darwin 的 BSD 血统（主要是 FreeBSD 用户空间）支持 POSIX API，许多为不同类 Unix 系统创建的程序都可以轻松地在 Darwin 上编译，而无需更改源代码。

Darwin 无法执行 Mac 应用程序，因为它缺少使 macOS 独一无二的许多组件，包括 Quartz Compositor、Cocoa 和 Carbon API 以及 Aqua 用户界面。尽管如此，它确实支持一些不太为人所知的 macOS 功能，例如 launchd（一个强大的服务管理框架）和 mDNSResponder（多播 DNS 响应器，是 Bonjour 网络技术的基本组成部分）。

3. 许可证

自由软件基金会 (FSF) 将 Darwin（苹果于 2003 年 7 月根据 Apple Public Source License (APSL) 2.0 版本发布）归类为与 GNU 通用公共许可证 不兼容的自由软件许可证。

早期版本根据 APSL 许可证的早期版本分发，该许可证符合开源理念的标准，但未能满足 FSF 对自由软件的概念。

衍生项目

Darwin 是免费软件。因此，曾有改进或修改操作系统的计划。

1. OpenDarwin

Darwin 是 OpenDarwin（一个由 Internet Systems Consortium 和 Apple Inc. 于 2002 年 4 月推出的社区驱动的操作系统）的基础。该计划旨在加强自由软件社区和苹果开发者之间的合作。

苹果从中受益，因为 OpenDarwin 的更新可以进入 Darwin 的版本。让开源或自由社区完全控制其操作系统对他们有利。

OpenDarwin 项目团队于 2006 年 7 月 25 日宣布关闭，因为他们认为 OpenDarwin 将成为 Mac OS X 相关项目的托管设施，并且他们开发独立 Darwin 操作系统的尝试均未成功。

2. Pure Darwin

PureDarwin 的目标是利用苹果公开的 Darwin 源代码来生成一个可启动的操作系统镜像。由于 OpenDarwin 停止使用并从 Darwin 8.x 开始提供可启动镜像，许多组件变成了闭源，因此构建完整的操作系统变得更加困难。该项目于 2015 年发布了一个基于 Darwin 9 的预览版本，带有 X11 GUI，随后是基于 Darwin 17 的仅命令行 17.4 Beta 版。

3. 其他衍生项目

• XQuartz 是 macOS (Darwin) X 窗口系统的一部分，它存在于 Apple 的 X11.app、XDarwin 发布之前。
• GNUstep 是 Cocoa Objective-C 框架、小部件工具包和应用程序开发工具的免费软件实现，适用于类 Unix 操作系统。
• Window Maker 是 GNUstep 项目的一个组件，旨在复制 NeXT GUI。
• WebKit 浏览器引擎为 iOS 和 iPadOS 的主要浏览器以及苹果的 Safari 提供支持。
• Fink、Homebrew 和 MacPorts（以前称为 DarwinPorts）等项目使得包管理和将 UNIX 应用程序移植到 Darwin 操作系统成为可能。
• Darwin 端口也包含在几个常见的 UNIX 包管理器中，包括 RPM、pkgsrc 和 Portage。为了避免干扰基本系统，其中一些在自己的命名空间中运行。
• 一个名为 GNU-Darwin 的项目将自由软件产品移植到了 Darwin。它们在打包 OS 镜像的方式上类似于 Linux 发行版。
• 借助 Darwine 项目（它是 Wine 的一个端口），Microsoft Windows 应用程序可以在 Darwin 上运行。
• SEDarwin 是 SELinux 框架和 TrustedBSD 强制访问控制系统部分内容的 Darwin 版本。它已成为 Mac OS X 10.5 的一部分。
• Darbat 项目是对 L4 微内核家族的 Darwin 进行的实验性改编。其目标是与当前的 Darwin 二进制文件兼容。
• Darling 项目为在 Linux 计算机上执行 macOS 二进制文件创建了一个兼容层。它使用了一些 Darwin 源代码。
• 一些项目专注于驱动程序支持，包括读卡器、无线和有线网卡驱动程序、调制解调器驱动程序以及 ext2 和 ext3 文件系统。
• DarwinBSD 项目使用 pkgsrc 来管理其包系统。该项目是开源的。

发行历史

下表显示了主要 Darwin OS 的发布日期及对应的操作系统。

结论

Darwin 操作系统用于 macOS 应用程序和设备。它主要通过高级功能和实用性进行升级。