內容簡介 · · · · · ·
《深入解析Mac OS X & iOS操作系統》編著者萊文。
系統開發者、內核***和對蘋果感到好奇的人們注意了！本書探討了MacOSX系統和iOS系統的方方面面，深入講解了兩個系統的架構，討論了框架手冊沒有討論的內容。本書清晰而詳細地討論了蘋果操作系統的內部工作原理，包括蘋果私有的API，書中的大部分內容都是首次披露。
《深入解析Mac OS X & iOS操作系統》在漫遊系統架構的時候，從用戶態深入到內核態，通過帶註釋的代碼示例揭示了每一個層次和組件，還提供了可上手的實驗，並且比較了兩個系統實現的區別。
主要內容
◆引導過程：Mac的EFI、iOS的iBoot以及內核啓動過程
◆進程、線程以及虛擬內存管理
◆通過DTrace、ptrace和隱藏的系統調用進行調試和性能剖析
◆系統級的API：POSIX調用、Mach陷阱以及OSX／iOS私有的API
◆文件系統架構，包括VFS和HFS＋
◆網絡架構：從套接字到網絡接口以及網絡驅動程序
◆內核擴展、驅動程序以及I／OKit架構的討論
◆安全特性、強制訪問控制（MAC）以及iOS監獄
《深入解析MacOSX＆iOS操作系統》的支持網站（http：／／www。newosxbook。com）包含了示例程序、可免費下載的工具、更新的參考資料以及其他額外的內容。
目錄 · · · · · ·
第Ⅰ部分 高級用戶指南
第1章 達爾文主義：OS X的進化史 3
1.1 前達爾文時代：Mac OS
Classic 3
1.2 浪子回頭：NeXTSTEP 4
1.3 走進新時代：OS X操作系統 4
1.4 迄今爲止的所有OS X版本 5
1.4.1 10.0——Cheetah，初出茅廬 5
1.4.2 10.1——Puma，更強大 5
1.4.3 10.2——Jaguar，漸入佳境 6
1.4.4 10.3——Panther和Safari 6
1.4.5 10.4——Tiger，轉投Intel的
懷抱 6
1.4.6 10.5——Leopard和UNIX 6
1.4.7 10.6——Snow Leopard 7
1.4.8 10.7——Lion 7
1.4.9 10.8——Mountain Lion 8
1.5 iOS——走向移動平臺的
OS X 9
1.5.1 1.x——Heavenly，
第一代iPhone 9
1.5.2 2.x——App Store、3G和
企業級的特性 10
1.5.3 3.x——告別第一代，
迎來iPad 10
1.5.4 4.x——iPhone 4、Apple TV和
iPad 2 10
1.5.5 5.x——iPhone 4S和
更新的硬件 11
1.5.6 iOS和OS X對比 11
1.6 OS X的未來 13
1.7 本章小結 14
參考文獻 15
第2章 合衆爲一：OS X和iOS的架構 17
2.1 OS X架構概述 17
2.2 用戶體驗層 19
2.2.1 Aqua 19
2.2.2 QuickLook 20
2.2.3 Spotlight 21
2.3 Darwin——UNIX核心 22
2.3.1 Shell 22
2.3.2 文件系統 23
2.4 UNIX的系統目錄 23
2.4.1 OS X特有的目錄 24
2.4.2 iOS文件系統的區別 25
2.5 bundle 25
2.6 應用程序和app 26
2.6.1 Info.plist 27
2.6.2 Resources目錄 29
2.6.3 NIB文件 29
2.6.4 通過.lproj文件實現國際化 30
2.6.5 圖標文件(.icns) 30
2.6.6 CodeResources 30
2.7 框架 33
2.7.1 框架bundle格式 33
2.7.2 OS X和iOS公共框架列表 35
2.8 庫 41
2.9 其他應用程序類型 43
2.9.1 Java(僅限於OS X) 43
2.9.2 Widget 43
2.9.3 BSD/Mach原生程序 44
2.10 系統調用 44
2.10.1 POSIX 44
2.10.2 Mach系統調用 45
2.11 XNU概述 47
2.11.1 Mach 47
2.11.2 BSD層 48
2.11.3 libkern 48
2.11.4 I/O Kit 48
2.12 本章小結 48
參考文獻 49
第3章 站在巨人的肩膀上：OS X和
iOS使用的技術 51
3.1 BSD相關的特性 51
3.1.1 sysctl 51
3.1.2 kqueue 53
3.1.3 審計(OS X) 54
3.1.4 強制訪問控制 57
3.2 OS X和iOS特有的技術 60
3.2.1 用戶和組的管理(OS X) 60
3.2.2 系統配置 62
3.2.3 記錄日誌 64
3.2.4 Apple事件和AppleScript 66
3.2.5 FSEvents 68
3.2.6 通知 73
3.2.7 其他重要的API 73
3.3 OS X和iOS的安全機制 73
3.3.1 代碼簽名 74
3.3.2 隔離機制(沙盒化) 75
3.3.3 Entitlement：更嚴格的沙盒 77
3.3.4 沙盒機制的實施 82
3.4 本章小結 83
參考文獻 84
第4章 庖丁解進程：Mach-O格式、
進程以及線程內幕 85
4.1 關鍵概念回顧 85
4.1.1 進程和線程 85
4.1.2 進程生命週期 86
4.1.3 UNIX信號 89
4.2 可執行文件 91
4.3 通用二進制格式 92
4.3.1 Mach-O二進制格式 95
4.3.2 加載命令 98
4.4 動態庫 104
4.4.1 啓動時庫的加載 105
4.4.2 庫的運行時加載 113
4.4.3 dyld的特性 115
4.5 進程地址空間 120
4.5.1 進程入口點 120
4.5.2 地址空間佈局隨機化 121
4.5.3 32位地址空間(Intel) 122
4.5.4 64位地址空間 123
4.5.5 32位地址空間(iOS) 123
4.6 進程內存分配(用戶態) 128
4.6.1 alloca() 128
4.6.2 堆分配 128
4.6.3 虛擬內存——系統
管理員的角度 130
4.7 線程 132
參考文獻 134
第5章 進程跟蹤和調試 135
5.1 DTrace 135
5.1.1 D語言 135
5.1.2 dtruss 138
5.1.3 DTrace工作原理 139
5.2 其他剖析機制 142
5.2.1 CHUD的衰落 142
5.2.2 繼任者AppleProfileFamily 142
5.3 進程信息 143
5.3.1 sysctl 143
5.3.2 proc_info 144
5.4 進程和系統快照 146
5.4.1 system_profiler(8) 146
5.4.2 sysdiagnose(1) 146
5.4.3 allmemory(1) 147
5.4.4 stackshot(1) 148
5.4.5 stack_snapshot系統調用 149
5.5 kdebug 152
5.5.1 基於kdebug的工具 152
5.5.2 kdebug代碼 152
5.5.3 寫入kdebug消息 154
5.5.4 讀取kdebug消息 155
5.6 應用程序崩潰 156
5.6.1 應用程序掛起和採樣 159
5.6.2 內存破壞的bug 160
5.7 內存泄漏 161
5.7.1 heap(1) 162
5.7.2 leaks(1) 162
5.7.3 malloc_history(1) 163
5.8 標準UNIX工具 163
5.8.1 通過ps(1)列出進程列表 164
5.8.2 top(1)：系統全局視圖 164
5.8.3 通過lsof(1)和fuser(1)
進行文件診斷 165
5.9 使用GDB 165
5.9.1 GDB的Darwin擴展 166
5.9.2 GDB用於iOS 166
5.9.3 LLDB 166
5.10 本章小結 167
參考文獻和深入閱讀 167
第6章 引導過程：EFI和iBoot 169
6.1 傳統形式的引導 169
6.2 揭祕EFI 171
6.2.1 EFI的基本概念 171
6.2.2 EFI服務 173
6.2.3 NVRAM變量 177
6.3 OS X和boot.efi 178
6.3.1 boot.efi的執行流程 179
6.3.2 引導內核 185
6.3.3 內核對EFI的回調 187
6.3.4 Lion中boot.efi的變化 187
6.3.5 Boot Camp 187
6.3.6 bless(8) 188
6.4 iOS和iBoot 192
6.4.1 初期：引導ROM 193
6.4.2 普通引導 194
6.4.3 恢復模式引導 195
6.4.4 設備固件更新(DFU)模式 195
6.4.5 降級和回放*** 196
6.5 安裝鏡像 196
6.5.1 OS X安裝過程 196
6.5.2 iOS文件系統鏡像
(.ipsw文件) 201
6.6 本章小結 206
參考文獻和深入閱讀 206
第7章 貫穿始終——launchd 207
7.1 launchd 207
7.1.1 啓動launchd 207
7.1.2 系統範圍和用戶範圍的
launchd 208
7.1.3 守護程序和代理程序 208
7.1.4 多面手launchd 209
7.2 LaunchDaemon列表 220
7.3 GUI shell程序 224
7.3.1 Finder(OS X) 224
7.3.2 SpringBoard(iOS) 225
7.4 XPC(Lion和iOS) 230
7.5 本章小結 234
參考文獻和深入閱讀 235
第Ⅱ部分 內核
第8章 內核架構 239
8.1 內核基礎知識 239
8.2 用戶態和內核態 243
8.2.1 Intel架構——ring 243
8.2.2 ARM架構——CPSR 244
8.3 內核態/用戶態轉換機制 245
8.3.1 Intel上的陷阱處理程序 246
8.3.2 自願的內核轉換 254
8.4 系統調用的處理 259
8.4.1 POSIX/BSD系統調用 260
8.4.2 Mach陷阱 263
8.4.3 機器相關的調用 267
8.4.4 診斷調用 268
8.5 XNU和硬件抽象 270
8.6 本章小結 272
參考文獻 272
第9章 由生到死——內核引導和
內核崩潰 273
9.1 XNU源代碼 273
9.1.1 獲得源代碼 273
9.1.2 make XNU 274
9.1.3 一個內核，多種架構支持 276
9.1.4 XNU源代碼樹 278
9.2 引導XNU 281
9.2.1 引導過程概覽 281
9.2.2 OS X：vstart 282
9.2.3 iOS：start 283
9.2.4 [i386|arm]_init 283
9.2.5 i386_init_slave() 285
9.2.6 machine_startup 285
9.2.7 kernel_bootstrap 286
9.2.8 kernel_bootstrap_thread 289
9.2.9 bsd_init 291
9.2.10 bsdinit_task 296
9.2.11 睡眠和喚醒 299
9.3 引導參數 300
9.4 內核調試 302
9.4.1 “不要害怕”——
避免panic 303
9.4.2 panic的實現 304
9.4.3 panic報告 306
9.5 本章小結 310
參考文獻 310
第10章 Mach原語：一切以消息爲
媒介 311
10.1 Mach概述 311
10.1.1 Mach設計原則 312
10.1.2 Mach設計目標 313
10.2 Mach消息 313
10.2.1 簡單消息 313
10.2.2 複雜消息 314
10.2.3 發送消息 315
10.2.4 端口 316
10.2.5 Mach接口生成器(MIG) 318
10.3 深入IPC 323
10.4 同步原語 326
10.4.1 鎖組對象 326
10.4.2 互斥體對象 327
10.4.3 讀寫鎖對象 328
10.4.4 自旋鎖對象 329
10.4.5 信號量對象 329
10.4.6 鎖集對象 331
10.5 機器原語 332
10.5.1 主機對象 332
10.5.2 時鐘對象 341
10.5.3 處理器對象 343
10.5.4 處理器集對象 346
10.6 本章小結 350
參考文獻 350
第11章 剎那之間——Mach調度 351
11.1 調度原語 351
11.1.1 線程 351
11.1.2 任務 356
11.1.3 任務和線程相關的API 360
11.1.4 任務相關的API 361
11.1.5 線程相關的API 365
11.2 調度 369
11.2.1 概述 369
11.2.2 優先級 370
11.2.3 運行隊列 373
11.3 Mach調度器的獨特特性 376
11.3.1 控制權轉交 376
11.3.2 續體 376
11.3.3 搶佔模式 378
11.3.4 異步軟件陷阱(AST) 383
11.3.5 調度算法 386
11.4 定時器中斷 389
11.4.1 中斷驅動的調度 389
11.4.2 XNU中的定時器
中斷處理 390
11.5 異常 394
11.5.1 Mach異常模型 394
11.5.2 實現細節 395
11.6 本章小結 403
參考文獻 403
第12章 Mach虛擬內存 405
12.1 虛擬內存架構 405
12.1.1 虛擬內存全貌 405
12.1.2 虛擬內存概述 406
12.1.3 用戶態視角 410
12.2 物理內存管理 419
12.2.1 pmap的API 420
12.2.2 API在Intel架構上的
實現示例 421
12.3 Mach Zone 423
12.3.1 Mach Zone的結構 424
12.3.2 引導期間的zone設置 426
12.3.3 zone垃圾回收 427
12.3.4 zone調試 428
12.4 內核內存分配器 429
12.4.1 kernelmemory
allocate() 429
12.4.2 kmem_alloc()系列函數 431
12.4.3 kalloc 432
12.4.4 OSMalloc 433
12.5 Mach分頁器 434
12.5.1 Mach分頁器接口 435
12.5.2 Universal Page List 438
12.5.3 分頁器類型 440
12.6 分頁策略管理 447
12.6.1 Pageout守護程序 448
12.6.2 處理頁錯誤 450
12.6.3 dynamic_pager(8)
(OS X) 451
12.7 本章小結 452
參考文獻 452
第13章 BSD層 453
13.1 BSD簡介 453
13.1.1 一統天下 454
13.1.2 POSIX標準中的內容 454
13.1.3 實現BSD 455
13.1.4 XNU不是完整的BSD 455
13.2 進程和線程 455
13.2.1 BSD進程結構 456
13.2.2 進程列表和進程組 458
13.2.3 線程 459
13.2.4 對應到Mach 461
13.3 進程創建 463
13.3.1 用戶態的角度 463
13.3.2 內核態的角度 464
13.3.3 加載和執行二進制文件 467
13.3.4 Mach-O二進制文件 472
13.4 進程控制和跟蹤 475
13.4.1 ptrace (#26) 475
13.4.2 proc_info (#336) 476
13.4.3 策略 476
13.4.4 進程掛起和恢復 477
13.5 信號 478
13.5.1 UNIX異常處理程序 478
13.5.2 硬件產生的信號 483
13.5.3 軟件產生的信號 484
13.5.4 受害者的信號處理 484
13.6 本章小結 485
參考文獻 485
第14章 有新有舊：BSD高級功能 487
14.1 內存管理 487
14.1.1 POSIX內存和頁面
管理系統調用 487
14.1.2 BSD內部的內存函數 489
14.1.3 內存壓力 492
14.1.4 Jetsam(iOS) 493
14.1.5 內核地址空間佈局
隨機化 495
14.2 工作隊列 496
14.3 換個角度看BSD層 499
14.3.1 sysctl 499
14.3.2 kqueue 501
14.3.3 審計(OS X) 503
14.3.4 強制訪問控制(MAC) 504
14.4 蘋果的策略模塊 506
14.5 本章小結 509
參考文獻 509
第15章 文件系統和虛擬文件
系統交換 511
15.1 磁盤設備和分區 511
15.2 通用文件系統的概念 522
15.2.1 文件 522
15.2.2 擴展屬性 522
15.2.3 權限 522
15.2.4 時間戳 522
15.2.5 快捷方式和連接 523
15.3 蘋果生態圈中的文件系統 524
15.3.1 蘋果原生的文件系統 524
15.3.2 DOS/Windows文件系統 524
15.3.3 CD/DVD文件系統 525
15.3.4 基於網絡的文件系統 526
15.3.5 僞文件系統 528
15.4 掛載文件系統(僅限於OS X) 531
15.4.1 automount 531
15.4.2 磁盤仲裁 531
15.5 磁盤鏡像文件 533
15.5.1 原始DMG文件 533
15.5.2 從磁盤鏡像引導(Lion) 534
15.6 虛擬文件系統交換 534
15.6.1 文件系統條目 535
15.6.2 掛載條目 535
15.6.3 vnode對象 538
15.7 FUSE——用戶空間的
文件系統 541
15.8 進程的文件I/O操作 543
15.9 本章小結 547
參考文獻和深入閱讀 547
第16章 基於B樹的HFS+文件系統 549
16.1 HFS+文件系統概念 549
16.1.1 時間戳 549
16.1.2 訪問控制表 550
16.1.3 擴展屬性 550
16.1.4 fork 552
16.1.5 壓縮 553
16.1.6 Unicode支持 558
16.1.7 Finder集成 558
16.1.8 大小寫敏感(HFSX) 559
16.1.9 日誌 560
16.1.10 動態大小調節 561
16.1.11 元數據區域 561
16.1.12 熱文件 562
16.1.13 動態碎片整理 562
16.2 HFS+的設計概念 564
16.3 組件 570
16.3.1 HFS+宗卷頭 571
16.3.2 編錄文件 572
16.3.3 extent溢出文件 579
16.3.4 屬性B樹 579
16.3.5 熱文件B樹 580
16.3.6 分配文件 581
16.3.7 HFS日誌 581
16.4 VFS和內核的整合 584
16.4.1 fsctl(2)的整合 584
16.4.2 sysctl(2)的整合 585
16.4.3 文件系統狀態通知 585
16.5 本章小結 586
參考文獻 586
第17章 遵守協議：網絡協議棧 587
17.1 用戶態接口回顧 588
17.1.1 UNIX Domain套接字 589
17.1.2 IPv4網絡協議 589
17.1.3 路由套接字 590
17.1.4 網絡驅動程序套接字 590
17.1.5 IPSec Key Management
套接字 592
17.1.6 IPv6網絡協議 592
17.1.7 系統套接字 593
17.2 套接字和協議統計信息 595
17.3 第5層：套接字 597
17.3.1 套接字描述符 597
17.3.2 mbuf 598
17.3.3 內核態中的套接字 603
17.4 第4層：傳輸層協議 604
17.4.1 域和protosw 605
17.4.2 初始化域 609
17.5 第3層：網絡層協議 610
17.6 第2層：網絡接口層 613
17.6.1 OS X和iOS中的
網絡接口 613
17.6.2 數據鏈路接口層 614
17.6.3 ifnet結構體 614
17.6.4 案例研究：utun 616
17.7 整合所有層：網絡協議棧 620
17.7.1 接收數據 620
17.7.2 發送數據 623
17.8 數據包過濾 626
17.8.1 套接字過濾器 627
17.8.2 ipfw(8) 628
17.8.3 PF包過濾器(Lion和iOS) 629
17.8.4 IP過濾器 630
17.8.5 接口過濾器 632
17.8.6 伯克利數據包過濾器 633
17.9 流量×××和QoS 637
17.9.1 綜合服務模型 637
17.9.2 區分服務模型 637
17.9.3 實現dummynet 638
17.9.4 在用戶態控制參數 638
17.10 本章小結 639
參考文獻和深入閱讀 639
第18章 內核擴展模塊 641
18.1 擴展內核的功能 641
18.2 內核擴展(kext) 643
18.2.1 kext結構 645
18.2.2 kext安全需求 647
18.2.3 內核擴展的相關操作 647
18.2.4 kernelcache 647
18.2.5 multi-kext 651
18.2.6 從程序員的視角看kext 651
18.2.7 kext的內核支持 652
18.3 本章小結 661
參考文獻 662
第19章 驅動力——I/O Kit驅動
程序框架 663
19.1 I/O Kit簡介 664
19.1.1 設備驅動程序的
編程約束 664
19.1.2 I/O Kit是什麼 664
19.1.3 I/O Kit不是什麼 666
19.2 libkern：I/O Kit的基類 667
19.2.1 OSObject 668
19.2.2 OSMetaClass 668
19.3 I/O Registry 669
19.3.1 IORegistryEntry 671
19.3.2 IOService 671
19.4 用戶態的I/O Kit 671
19.4.1 訪問I/O Registry 672
19.4.2 獲得/設置驅動程序屬性 674
19.4.3 即插即用(通知端口) 675
19.4.4 I/O Kit電源管理 676
19.4.5 其他I/O Kit子系統 677
19.4.6 I/O Kit診斷 678
19.5 I/O Kit內核驅動程序 680
19.5.1 驅動程序匹配 680
19.5.2 I/O Kit族 682
19.5.3 I/O Kit驅動程序模型 685
19.5.4 IOWorkLoop 687
19.5.5 中斷處理 689
19.5.6 I/O Kit內存管理 691
19.6 整合BSD 693
19.7 本章小結 694
參考文獻和深入閱讀 695
附錄A 瞭解機器架構 697
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