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macOS内核

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XNU内核

macOS的核心是XNU，它代表着"X is Not Unix"。这个内核基本上由Mach微内核（稍后将讨论）和来自Berkeley Software Distribution（BSD）的元素组成。XNU还通过一个名为I/O Kit的系统为内核驱动程序提供平台。XNU内核是Darwin开源项目的一部分，这意味着它的源代码是免费可访问的。

从安全研究人员或Unix开发人员的角度来看，macOS可能会感觉非常类似于一个带有优雅GUI和许多自定义应用程序的FreeBSD系统。大多数为BSD开发的应用程序在macOS上编译和运行时不需要修改，因为Unix用户熟悉的命令行工具在macOS上都存在。然而，由于XNU内核包含了Mach，传统的类Unix系统和macOS之间存在一些重要的差异，这些差异可能会导致潜在的问题或提供独特的优势。

Mach

Mach是一个微内核，旨在与UNIX兼容。它的一个关键设计原则是最小化在内核空间中运行的代码量，而是允许许多典型的内核功能（如文件系统、网络和I/O）作为用户级任务运行。

在XNU中，Mach负责许多典型的内核操作，如处理器调度、多任务处理和虚拟内存管理。

BSD

XNU内核还整合了大量来自FreeBSD项目的代码。这些代码与Mach一起在同一地址空间中作为内核的一部分运行。然而，XNU内的FreeBSD代码可能与原始的FreeBSD代码有很大的不同，因为需要对其进行修改以确保与Mach的兼容性。FreeBSD对许多内核操作做出了贡献，包括：

  • 进程管理
  • 信号处理
  • 基本安全机制，包括用户和组管理
  • 系统调用基础设施
  • TCP/IP堆栈和套接字
  • 防火墙和数据包过滤

理解BSD和Mach之间的交互可能是复杂的，因为它们具有不同的概念框架。例如，BSD使用进程作为其基本执行单元，而Mach基于线程运行。在XNU中，通过将每个BSD进程与包含一个Mach线程的Mach任务相关联来解决这个差异。当使用BSD的fork()系统调用时，内核中的BSD代码使用Mach函数创建一个任务和一个线程结构。

此外，Mach和BSD各自维护不同的安全模型：Mach的安全模型基于端口权限，而BSD的安全模型基于进程所有权。这两个模型之间的差异有时会导致本地特权提升漏洞。除了典型的系统调用外，还有Mach陷阱允许用户空间程序与内核进行交互。这些不同的元素共同构成了macOS内核的多面、混合架构。

I/O Kit - 驱动程序

I/O Kit是XNU内核中的开源、面向对象的设备驱动程序框架，负责添加和管理动态加载的设备驱动程序。这些驱动程序允许将模块化代码动态添加到内核中，以便与不同的硬件一起使用。它们位于：

  • /System/Library/Extensions
  • 内置于OS X操作系统中的KEXT文件。
  • /Library/Extensions
  • 第三方软件安装的KEXT文件。
#Use kextstat to print the loaded drivers
kextstat
Executing: /usr/bin/kmutil showloaded
No variant specified, falling back to release
Index Refs Address            Size       Wired      Name (Version) UUID <Linked Against>
1  142 0                  0          0          com.apple.kpi.bsd (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
2   11 0                  0          0          com.apple.kpi.dsep (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
3  170 0                  0          0          com.apple.kpi.iokit (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
4    0 0                  0          0          com.apple.kpi.kasan (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
5  175 0                  0          0          com.apple.kpi.libkern (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
6  154 0                  0          0          com.apple.kpi.mach (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
7   88 0                  0          0          com.apple.kpi.private (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
8  106 0                  0          0          com.apple.kpi.unsupported (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
9    2 0xffffff8003317000 0xe000     0xe000     com.apple.kec.Libm (1) 6C1342CC-1D74-3D0F-BC43-97D5AD38200A <5>
10   12 0xffffff8003544000 0x92000    0x92000    com.apple.kec.corecrypto (11.1) F5F1255F-6552-3CF4-A9DB-D60EFDEB4A9A <8 7 6 5 3 1>

直到数字9，列出的驱动程序在地址0中加载。这意味着它们不是真正的驱动程序，而是内核的一部分，无法卸载。

要查找特定的扩展，可以使用：

kextfind -bundle-id com.apple.iokit.IOReportFamily #Search by full bundle-id
kextfind -bundle-id -substring IOR #Search by substring in bundle-id

要加载和卸载内核扩展，请执行以下操作：

kextload com.apple.iokit.IOReportFamily
kextunload com.apple.iokit.IOReportFamily

IPC - 进程间通信

{% content-ref url="macos-ipc-inter-process-communication/" %} macos-ipc-inter-process-communication {% endcontent-ref %}

macOS内核扩展

由于代码将以高权限运行，macOS对于加载内核扩展（.kext）非常严格，实际上，默认情况下几乎不可能加载（除非找到了绕过方法）。

{% content-ref url="macos-kernel-extensions.md" %} macos-kernel-extensions.md {% endcontent-ref %}

macOS系统扩展

macOS创建了系统扩展，而不是使用内核扩展，它提供了用户级API与内核进行交互。这样，开发人员可以避免使用内核扩展。

{% content-ref url="macos-system-extensions.md" %} macos-system-extensions.md {% endcontent-ref %}

参考资料

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