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# Kernel e Extensões do Sistema macOS

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## Kernel XNU

O **núcleo do macOS é o XNU**, que significa "X is Not Unix". Este kernel é fundamentalmente composto pelo **microkernel Mach** (a ser discutido posteriormente) **e** elementos do Berkeley Software Distribution (**BSD**). O XNU também fornece uma plataforma para **drivers de kernel através de um sistema chamado I/O Kit**. O kernel XNU faz parte do projeto de código aberto Darwin, o que significa que **seu código-fonte é livremente acessível**.

Do ponto de vista de um pesquisador de segurança ou de um desenvolvedor Unix, o **macOS** pode parecer bastante **similar** a um sistema **FreeBSD** com uma GUI elegante e uma série de aplicativos personalizados. A maioria dos aplicativos desenvolvidos para o BSD irá compilar e executar no macOS sem precisar de modificações, pois as ferramentas de linha de comando familiares aos usuários do Unix estão todas presentes no macOS. No entanto, devido ao fato de o kernel XNU incorporar o Mach, existem algumas diferenças significativas entre um sistema semelhante ao Unix tradicional e o macOS, e essas diferenças podem causar problemas potenciais ou fornecer vantagens únicas.

Versão de código aberto do XNU: [https://opensource.apple.com/source/xnu/](https://opensource.apple.com/source/xnu/)

### Mach

O Mach é um **microkernel** projetado para ser **compatível com o UNIX**. Um de seus princípios de design chave foi **minimizar** a quantidade de **código** em execução no **espaço do kernel** e, em vez disso, permitir que muitas funções típicas do kernel, como sistema de arquivos, rede e E/S, sejam **executadas como tarefas de nível de usuário**.

No XNU, o Mach é **responsável por muitas das operações críticas de baixo nível** que um kernel normalmente manipula, como escalonamento de processador, multitarefa e gerenciamento de memória virtual.

### BSD

O kernel XNU também **incorpora** uma quantidade significativa de código derivado do projeto **FreeBSD**. Esse código **é executado como parte do kernel junto com o Mach**, no mesmo espaço de endereço. No entanto, o código do FreeBSD dentro do XNU pode diferir substancialmente do código original do FreeBSD, pois foram necessárias modificações para garantir sua compatibilidade com o Mach. O FreeBSD contribui para muitas operações do kernel, incluindo:

* Gerenciamento de processos
* Manipulação de sinais
* Mecanismos básicos de segurança, incluindo gerenciamento de usuário e grupo
* Infraestrutura de chamada de sistema
* Pilha TCP/IP e sockets
* Firewall e filtragem de pacotes

Compreender a interação entre o BSD e o Mach pode ser complexo, devido aos seus diferentes frameworks conceituais. Por exemplo, o BSD usa processos como sua unidade fundamental de execução, enquanto o Mach opera com base em threads. Essa discrepância é conciliada no XNU **associando cada processo BSD a uma tarefa Mach** que contém exatamente uma thread Mach. Quando a chamada de sistema fork() do BSD é usada, o código do BSD dentro do kernel usa funções do Mach para criar uma tarefa e uma estrutura de thread.

Além disso, **o Mach e o BSD mantêm modelos de segurança diferentes**: o modelo de segurança do Mach é baseado em **direitos de porta**, enquanto o modelo de segurança do BSD opera com base na **propriedade do processo**. Disparidades entre esses dois modelos ocasionalmente resultaram em vulnerabilidades de escalonamento de privilégios locais. Além das chamadas de sistema típicas, também existem **armadilhas do Mach que permitem que programas de espaço de usuário interajam com o kernel**. Esses diferentes elementos juntos formam a arquitetura multifacetada e híbrida do kernel do macOS.

### I/O Kit - Drivers

O I/O Kit é o framework de **drivers de dispositivo orientado a objetos** de código aberto no kernel XNU e é responsável pela adição e gerenciamento de **drivers de dispositivo carregados dinamicamente**. Esses drivers permitem que código modular seja adicionado ao kernel dinamicamente para uso com diferentes hardwares, por exemplo. Eles estão localizados em:

* `/System/Library/Extensions`
* Arquivos KEXT incorporados ao sistema operacional OS X.
* `/Library/Extensions`
* Arquivos KEXT instalados por software de terceiros
```bash
#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>
```
Até o número 9, os drivers listados são **carregados no endereço 0**. Isso significa que eles não são drivers reais, mas **parte do kernel e não podem ser descarregados**.

Para encontrar extensões específicas, você pode usar:
```bash
kextfind -bundle-id com.apple.iokit.IOReportFamily #Search by full bundle-id
kextfind -bundle-id -substring IOR #Search by substring in bundle-id
```
Para carregar e descarregar extensões de kernel, faça o seguinte:
```bash
kextload com.apple.iokit.IOReportFamily
kextunload com.apple.iokit.IOReportFamily
```
### IPC - Comunicação entre Processos

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

## Extensões de Kernel do macOS

O macOS é **extremamente restritivo ao carregar Extensões de Kernel** (.kext) devido aos altos privilégios com os quais o código será executado. Na verdade, por padrão, é praticamente impossível (a menos que seja encontrada uma forma de contornar).

{% content-ref url="macos-kernel-extensions.md" %}
[macos-kernel-extensions.md](macos-kernel-extensions.md)
{% endcontent-ref %}

### Extensões de Sistema do macOS

Em vez de usar Extensões de Kernel, o macOS criou as Extensões de Sistema, que oferecem APIs de nível de usuário para interagir com o kernel. Dessa forma, os desenvolvedores podem evitar o uso de extensões de kernel.

{% content-ref url="macos-system-extensions.md" %}
[macos-system-extensions.md](macos-system-extensions.md)
{% endcontent-ref %}

## Referências

* [**The Mac Hacker's Handbook**](https://www.amazon.com/-/es/Charlie-Miller-ebook-dp-B004U7MUMU/dp/B004U7MUMU/ref=mt\_other?\_encoding=UTF8\&me=\&qid=)
* [**https://taomm.org/vol1/analysis.html**](https://taomm.org/vol1/analysis.html)

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