Mac OS X的前世今生

知识点 / 超人

目录

Unix

Linux

OS

Mac OS X

Mac OS X架构

扩展知识点

Unix

Unix：最早出现的操作系统之一

优点：有强大的可移植性，适合多种硬件平台在安全性稳定性和性能高于Linux 但是需要专业的硬件平台；
缺点：门槛较高

介绍：UNIX操作系统，是一个强大的多用户、多任务操作系统，支持多种处理器架构，属于分时操作系统，最早由KenThompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。目前它的商标权由国际开放标准组织所拥有，只有符合单一UNIX规范的UNIX系统才能使用UNIX这个名称，否则只能称为类UNIX（UNIX-like）。

UNIX诞生
1965年时，贝尔实验室（Bell Labs）加入一项由通用电气（General Electric）和麻省理工学院（MIT）合作的计划；该计划要建立一套多使用者、多任务、多层次（multi－user、multi－processor、multi－level）的MULTICS操作系统。MULTICS其实是"Multiplexed Information and Computing Service"的缩写。
在1970年时，那部PDP－7却只能支持两个使用者，当时Brian Kernighan就开玩笑地称他们的系统其实是"UNiplexed Information and Computing Service"，缩写为"UNICS"。后来，大家取其谐音，就称其为"UNIX"了。1970年可称为"UNIX元年"。
Brian Kernighan就开玩笑地称他们的系统其实是："UNiplexed Information and Computing Service"，缩写为"UNICS"，大家取其谐音，就称其为"UNIX”，从此UNIX诞生。

1971年，第一版Unix在一台PDP-11/24的机器上完成。
这台电脑只有24KB的物理内存和500K磁盘空间。Unix占用了12KB的内存，剩下的一半内存可以支持两用户进行Space Travel的游戏。著名的fork系统调用也就是在这时出现的。

1973年：创在C语言并成功地用C语言Unix的第三版内核
到了1973年的时候，Ken Thompson 与Dennis Ritchie感到用汇编语言做移植太过于头痛，他们想用高级语言来完成第三版，对于当时完全以汇编语言来开发程序的年代，他们的想法算是相当的疯狂。
用叫BCPL（Basic Combined Programming Language）的语言开发，并整合了BCPL形成B语言，后来Dennis Ritchie觉得B语言还是不能满足要求，于是就改良了B语言，这就是今天的大名鼎鼎的C语言。于是，Ken Thompson 与Dennis Ritchie成功地用C语言Unix的第三版内核。Ken Thompson 与Dennis Ritchie成功地用C语言Unix的第三版内核至此，Unix这个操作系统修改、移植相当便利，为Unix日后的普及打下了坚实的基础，而Unix和C完美地结合成为一个统一体，C与Unix很快成为世界的主导，于是，Unix开始广泛流行。

1980年：Berkeley的BSD UNIX和AT&T的Unix两个最主要的Unix的版本
到了1980年，有两个最主要的Unix的版本线，一个是Berkeley的BSD UNIX，另一个是AT&T的Unix，在这个时候，很显然，竞争最终引发了Unix的战争。在这场战争中，好的是，软件开发人员还是能够得到Unix的源码并对其按照自己的需要和兴致进行裁剪。而不好的是，Unix开始一发不可收拾地开发不停地出现各种各样的变种。

UNIX系统小结：
UNIX是最早出现的操作系统之一，最初的Linux就是想仿制的Unix系统编写的，UNIX发展到现在已趋于成熟，需要大量专业知识才能操作，此外，UNIX系统具有强大的可移植性，适合多种硬件平台。此外，UNIX具有良好的用户界面；程序接口提供了C语言和相关库函数及系统调用，命令接口是shell，系统的可操作性很强。你甚至可以不用显示器，取而代知的是非常简易的输出设备，在安全性稳定性和性能高于Linux 但是需要专业的硬件平台，门槛较高。

Linux

Linux：开源的免费操作系统

优点：开源，系统的漏洞更容易被发现，也更容易被修补；
缺点：如果不熟知Linux命令，几乎完全无法使用这个系统。

介绍：Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix 操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件，Android系统就是基于Linux而开发出来的。

1991年10月5日：第一次正式向外公布时间
1991年4月，林纳斯·托瓦兹开始酝酿并着手编制自己的操作系统。
1991年4月13日在comp.os.minix上发布说自己已经成功地将bash移植到了minix上，而且已经爱不释手、不能离开这个shell软件了。
1991年的10月5日，林纳斯·托瓦兹在comp.os.minix新闻组上发布消息，正式向外宣布Linux内核的诞生（Freeminix-like kernel sources for 386-AT）。

Linux存在着许多不同的Linux版本，但它们都使用了Linux内核，Linux可安装在各种计算机硬件设备中，比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。

1994年：Linux1.0发布
1993年，大约有100余名程序员参与了Linux内核代码编写/修改工作，其中核心组由5人组成，此时Linux 0.99的代码大约有十万行，用户大约有10万左右.
1994年3月，Linux1.0发布，代码量17万行，当时是按照完全自由免费的协议发布，随后正式采用GPL协议。

1995年1月，RedHat（小红帽）诞生
1995年1月，Bob Young创办了RedHat（小红帽），以GNU/Linux为核心，集成了400多个源代码开放的程序模块，搞出了一种冠以品牌的Linux，即RedHat Linux,称为Linux“发行版”，在市场上出售。

Linux系统小结：
Linux是开源的免费操作系统，因开源的特性，系统的漏洞更容易被发现，也更容易被修补。
此外，因为Linux原本的人机交互界面是命令行，用户如果不熟知Linux命令，几乎完全无法使用这个系统，因为过于专业，Linux常被用作各种服务器操作系统。可以说，Linux的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途。
其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥有各自特性或类型的文件。

OS

操作系统即 Operating System，简称 OS，是让人使用机器的人机交互软件。如今的 Windows、Linux、Unix、Mac OS、iOS、iPad OS 、Android、Chrome OS，及华为公司的HarmonyOS，都是操作系统，它们有的用在桌面，有的用在服务器，有的适用上网本，有的是为移动手机而定制。

Mac OS

Mac OS X :界面美观操作简便

优点：界面美观，操作简便，也不需要额外购买；
缺点：通常只能运行于苹果电脑，因为苹果电脑高昂售价，Mac的用户相对较少。

介绍：Mac系统是基于Unix内核的图形化操作系统，继承Unix风格的内存管理和抢占式多任务处理 (pre-emptive multitasking)，大大改进内存管理。一般情况下在普通PC上无法安装的操作系统，是苹果旗下PC专属系统，由苹果公司自行开发。如今苹果机的操作系统已经到了OS 10.15，该系统的许多特点和服务都体现了苹果简洁公司的理念。

System 1.0
苹果随同Macintosh 128K的最初电脑操作系统，1984年第一代Macintosh摆上了商铺的柜台，其所采用的操作系统System 1.0，尽管只能显示黑白两色，但是已经具有了桌面、窗口、图标、光标、菜单和卷动栏等项目。在System 1.0的桌面上，著名的“Trash”已经出现了，该系统一直更新到System 7.1之后终结了System x.x的命名方式。该系统一直更新到System 7.1之后因为Mac OS而终结了System x.x的命名方式。

MAC OS
在1997年夏季，苹果发布了划时代的操作系统：MAC OS 8，在短短两周的时间内，MAC OS 8就卖出了125万套，MAC OS 8给用户带来了更加方便的因特网连接，功能更强的多媒体应用，更加绚丽的图标等等。在MAC OS 8发布的半年以后，MAC OS 8.1出现在销售柜台上，MAC OS 8.1最大的改进是增加了全新的HFC Plus(Mac OS扩展)资讯管理系统。MAC OS 9是2000年前，最后一次大升级版本的MAC操作系统
1999年10月，改进之MAC OS 8.6的MAC OS 9面世了，MAC OS 9被认为是2000年前，最后一次大升级版本的MAC操作系统，并将是以往我们所熟悉的MAC OS的最后一个版本，接下去的承担MAC操作系统重任的将会是MAC OS X。

Mac OS X
2000年1月，人们在San Francisco MacWorld的展览会上第一次看到了MAC OS X。MAC OS X采用了Darwin内核，Darwin内核是UNIX系统的一个变种，具有UNIX类操作系统所具有的高稳定性，并且MAC OS X还具有一套全新设计的，被称作Aqua的用户界面。Aqua界面非常漂亮，拥有如水流般的平滑动感，设计精美的图标、菜单和停靠栏等等。MAC OS X一公开露面就获得了人们的一片惊叹声，从那时开始直到现在MAC OS X的Aqua用户界面一直是人们心目中的最佳。北京时间2019年6月4日凌晨1点，2019年WWDC全球开发者大会上苹果发布macOS Catalina 10.15，用户能将iPad用作Mac电脑的第二块显示屏，可以实现语音控制。

苹果OS X系统小结：
Mac系统是苹果公司基于UNIX操作系统进行深度再开发的操作系统，完全闭源，只能运行在苹果公司的电脑上。

Mac OS X架构

Mac OS X 分为两部分：

Darwin操作系统：大体由XNU内核和Unix工具组成，类Unix的开放原始码环境。可在macOS和iOS操作系统中使用。XNU是一个混合内核，它结合了卡内基梅隆大学开发的Mach内核，FreeBSD的组件以及用于编写称为IOKit的驱动程序的C ++ API。XNU在x86_64上单处理器和多处理器配置运行。
Aqua：由苹果电脑开发，命名为Aqua的有版权的GUI界面。

Mac OS X系统架构

XNU
虽然Mac OS已经通过Unix认证，然而XNU的全称和GNU格式一样，是XNU’s not Unix，顾名思义，XNU不是Unix。XNU是一款微内核与宏内核特性的混合内核，它包括三个部分：Mach、BSD和I/O Kit。

Mach
原来是一款微内核，是硬件和固件之上最基础的操作系统核心，XNU中的Mach来自于OSFMK 7.3（Open Software Foundation Mach Kernel)）它负责CPU调度、内存保护等功能。它是macOS内核中最重要的部分，XNU中大部分代码来自于它，而且macOS中的可执行文件也是mach-o格式。

Mach 的故事开始于 1975 年，比苹果厂牌早一年出现，第一版叫做 RIG，因为缺少内存分页等明显缺点，RIG 失败了，1981 年 4 月，RIG 主要开发者 Richard Rashid 开发了 Accent 解决了 RIG 的缺点，他后加入了 Microsoft Research。熟悉历史的人会把 RIG 叫做 Mach 0.8，Accent 叫做 Mach 0.9。
1984 年，Mach 的主要开发目标是微内核和兼容 Unix，于是 Mach 使用了 BSD 4.3 作为起点。几个基本概念被提出：任务（Task）、线程（Thread）、端口（Port）、消息（Message），以及内存对象（Memory Object）用以实现物理到虚拟内存的分页映射，后续 FreeBSD 的内存体系结构即基于此。
最终，微内核真正意义上的实现是在 1996 年 7 月，也就是 OPENSTEP 4.0，这也是两年后 OPENSTEP 4.2 被苹果收购的原因之一。而 Mach 主要开发者 Avie 成为了苹果的首席软件技术官。
另一个需要解释的是基于 Linux 1.3 的 MkLinux 内核，MkLinux 内核作为单个 Mach 任务运行，和BSD 部分驻留在相同的地址空间中（应用程序空间）。
直至 Mach Ten，Mac OS X 整合了 Mach、BSD、Macintosh 技术，虽然现代 Macintosh 是协作式多任务，但在 Mach Ten 中，Mac OS 是本地一等公民，而 Unix 运行在 UVM 虚拟机中，保持抢占式多任务执行 C 语言库、POSIX 子系统、BSD 网络栈、文件系统、RPC、NFS、X Windows。

BSD
XNU中包含一个经过修改的BSD，它负责进程管理、Unix文件权限、网络堆栈、虚拟文件系统、POSIX兼容。macOS之所以符合单一Unix规范，也正是因为如此。

I/O Kit
是XNU内核中的开源框架,为设备驱动提供了一个面向对象(C++)的一个框架。可帮助开发人员为Apple的macOS和iOS操作系统编写设备驱动程序代码。I/O Kit框架由NeXTSTEP的DriverKit演变而来，与Mac OS 9的设备驱动程序框架或BSD的没有任何相似之处。

System utilities
除了内核以外，Darwin还包括一些Unix工具，这些Unix工具有部分是Apple开发，比如Launchd，terminal，有部分来自于第三方，比如FreeBSD Project、GNU Project、Apache。

Core Foundation
是macOS和iOS中的C应用程序编程接口（API），是低级例程和包装函数的混合。

Quartz
Mac OS毕竟是类Unix操作系统，类Unix操作系统想要进行图形化操作，必须要有一个图形框架，在Linux上我们有X11，有Wayland，而在macOS中，我们有Quartz。它是一款基于PDF技术的图形框架。作为一个类unix，不兼容X11是不可能的，如果你想在macOS中运行X11应用，也可以，有个开源项目叫XQuartz了解一下。

Cocoa
是苹果公司为Mac OS X所创建的原生面向对象的API，是Mac OS X上五大API之一（其它四个是Carbon、POSIX、X11和Java）。苹果的面向对象开发框架，用来生成Mac OS X的应用程序。主要的开发语言为Objective-C。Cocoa开始于1989年9月上市的NeXTSTEP 1.0，当时没有Foundation框架，只有动态运行库，称为Kit,最重要的是AppKit. 1993年NeXTSTEP 3.1被移植到了Intel, Sparc, HP的平台上，Foundation首次被加入，同时Sun和NeXT合作开发OpenStep也可以运行在Windows系统上VCV。Cocoa API里面有不少NS开头的API，何为NS？NS者，NeXTSTEP也。

Aqua UI
Mac OS的桌面环境，类似Linux中的GNOME。不过，不是所有Mac OS X都是Aqua UI，在Mac OS X早期测试版Rhapsody中，用的还是经典的Classic Mac OS界面。

扩展知识点：

POSIX
可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface），是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行软件，而定义API的一系列互相关联的标准的总称，其正式称呼为IEEE Std 1003，而国际标准名称为ISO/IEC 9945。此标准源于一个大约开始于1985年的项目。POSIX这个名称是由理查德·斯托曼（RMS）应IEEE的要求而提议的一个易于记忆的名称。它基本上是Portable Operating System Interface（可移植操作系统接口）的缩写，而X则表明其对Unix API的传承。POSIX标准详细内容

Launchd
由苹果开发的一款统一服务管理框架，是 Mac 下用于初始化操作系统的关键进程，用于启动，停止和管理macOS中的守护进程，应用程序，进程和脚本。由于它支持多线程，所以它比传统的Unix初始化程序SysVinit要高，launchd同时正在被移植到FreeBSD平台，它的设计思想也被systemd所借鉴，后者成为目前Linux发行版中的主流系统初始化程序。
Mac OS X的启动原理：
1.固件激活，硬件初始化，加载BootX引导器。
2.BootX加载内核与内核扩展(kext)。
3.内核启动Launchd进程。
4.Launchd会根据，/System/Library/LaunchAgents ,/System/Library/LaunchDaemons , /Library/LaunchDaemons,/Library/LaunchAgents , ~/Library/LaunchAgents 里的plist配置，启动服务守护进程。
优化Mac OS X的启动的关键就在，/System/Library/LaunchAgents ,/System/Library/LaunchDaemons , /Library/LaunchDaemons,/Library/LaunchAgents。

Terminal
终端，终端就是连接内核与交互界面的桥梁。操作系统分为内核和交互界面两个部分，内核部分，负责系统的全部逻辑操作，由海量命令组成，这一部分是系统运行的命脉，不与用户接触；交互界面部分，是开机之后所有我们所看到的东西，比如窗口，软件，应用程序等等。

交互界面、Terminal、内核之间的关系图

Terminal、shell、bash、zsh的关系
Shell
是命令的解释器，shell脚本语言则是shell解释器所能认识的语言，shell解释器运行Terminal中，它将交互界面的输入命令在终端中进行解释，将解释后的内容传递给内核，内核成功识别内容后去执行，将执行结果输出在Terminal或者交互界面。常见的 shell 解释器有 sh、bash这两种，其他有 ksh、csh 和 zsh。
bash
目前最通用、最常见的Shell解释器，定义了一套脚本语言，是众多Linux发行版的标配。
zsh
因为zsh本身作为一种脚本语言，是与bash不兼容的。符合bash规范的脚本无法保证被zsh解释器正确执行。但是，zsh实现中包含了一个仿真模式（emulation mode），支持对两种主流的Bourne衍生版shell（bash、ksh）和C shell的仿真（csh的支持并不完整）。在bash的仿真模式下，可以使用与bash相同的语法和命令集合，从而达到近乎完全兼容的目的。zsh是不会根据.sh文件开头的shebang（如#!/bin/sh和#!/bin/bash）自动采取兼容模式来解释脚本的，因此，要让zsh解释执行一个其他Shell的脚本，必须手动输入emulate sh或者emulate ksh，告诉zsh对何种Shell进行仿真。

参考资料：
回顾苹果操作系统Mac OS的发展历史
macOS 的前世今生及访达中拷贝文件的路径的方法