พื้นฐานของเคอร์เนล XNU คือ เคอร์เนล Open Software Foundation Mach ( OSF MK ) 7.3 ที่ได้รับการดัดแปลงอย่างมาก (ไฮบริด) ^{[ 4 ]} OSF MK 7.3 เป็นไมโครเคอร์เนล^{[ 10 ]}ที่รวมโค้ดที่ใช้งานได้จาก เคอร์เนล Mach 4 ของ มหาวิทยาลัยยูทาห์และจาก Mach 3.0 หลายเวอร์ชันที่แยกออกมา จาก ไมโครเคอร์เนล Mach 3.0 ดั้งเดิมของมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน

XNU ไม่ได้ใช้ Mach เป็นไมโครเคอร์เนล แต่รวมซับซิสเต็มอื่นๆ (เช่นBSD ) เป็นส่วนหนึ่งของเคอร์เนล แทนที่จะเป็นเดมอน ในพื้นที่ผู้ใช้ Mach ใน XNU ใช้สำหรับจัดการหน่วยความจำเสมือนอำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างกระบวนการ (IPC) และดำเนิน การ อินพุต/เอาต์พุต (I/O) กับคอนโซล^{[ 11 ]}

OSF MK 7.3 สามารถรันแกนหลักของระบบปฏิบัติการเป็นกระบวนการแยกต่างหาก ซึ่งช่วยให้มีความยืดหยุ่นสูง (สามารถรันระบบปฏิบัติการหลายระบบพร้อมกันบนแกน Mach ได้) แต่สิ่งนี้มักลดประสิทธิภาพลงเนื่องจากการสลับบริบทโหมดเคอร์เนล/ผู้ใช้ที่ใช้เวลานาน และค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมที่เกิดจากการแมปหรือคัดลอกข้อความระหว่างพื้นที่แอดเดรสของเคอร์เนลและของเดมอนบริการ

Apple ได้รับลิขสิทธิ์ OSF MK 7.3 จาก OSF และพยายามปรับปรุงกระบวนการทำงานบางอย่างให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นโดยการสร้าง ฟังก์ชัน BSDเข้าไปในเคอร์เนลพร้อมกับโค้ด Mach ผลลัพธ์ที่ได้คือเคอร์เนล OSF MK 7.3 ที่ได้รับการดัดแปลงอย่างมาก (แบบไฮบริด)

ส่วนBerkeley Software Distribution (BSD) ของเคอร์เนลให้บริการอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชันแบบ พกพา ( POSIX ) (API, การเรียกใช้ระบบ BSD), โมเดลกระบวนการ Unixบนงาน Mach, นโยบายความปลอดภัยพื้นฐาน, รหัสผู้ใช้และกลุ่ม, สิทธิ์, สแต็กโปรโตคอล เครือข่าย (โปรโตคอล), รหัส ระบบไฟล์เสมือน (รวมถึง เลเยอร์ การบันทึกที่ไม่ขึ้นกับระบบไฟล์ ), ระบบไฟล์ภายในเครื่องหลายระบบ เช่นHierarchical File System (HFS, HFS Plus (HFS+)) และApple File System (APFS), ไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ Network File System (NFS), เฟรมเวิร์กการเข้ารหัส, การสื่อสารระหว่างกระบวนการ (IPC) ของ UNIX System V , ระบบย่อยการตรวจสอบ, การควบคุมการเข้าถึงแบบบังคับและกลไกการล็อกบางส่วน^{[ 12 ]}รหัส BSD ที่มีอยู่ใน XNU ได้รับการซิงโครไนซ์ล่าสุดกับรหัสจาก เคอร์เนล FreeBSDแม้ว่าส่วนใหญ่จะได้รับการแก้ไขอย่างมีนัยสำคัญ แต่การแบ่งปันรหัสยังคงเกิดขึ้นระหว่าง Apple และโครงการ FreeBSD ณ ปี 2009[ ^{13 ]}สิ่งแรกที่เกิดขึ้นหลังจาก Mach เริ่มต้น BSD คือการเริ่มต้นการ^{จัดสรร}หน่วยความจำAmit Singh. "XNU: The Kernel" . Mac OS X คืออะไร? . BSD. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2019 . สืบค้นเมื่อ9 กันยายน 2011 .</ref>

XNU ในMac OS X Snow Leopard เวอร์ชัน 10.6 ( Darwinเวอร์ชัน 10) มีสองแบบ คือ แบบ 32 บิตเรียกว่าK32และ แบบ 64 บิตเรียกว่าK64 [ ^{14 ] K32}สามารถรันแอปพลิเคชัน 64 บิตในพื้นที่ผู้ใช้ได้ [ ^{15 ] สิ่ง}ใหม่ใน Mac OS X 10.6 คือความสามารถในการรัน XNU ในพื้นที่เคอร์เนล 64 บิต K32 เป็นเคอร์เนลเริ่มต้นสำหรับ 10.6 Serverเมื่อใช้งานบนเครื่องทั้งหมด ยกเว้น รุ่น Mac ProและXserveตั้งแต่ปี 2008 เป็นต้นไป^{[ 16 ]}และสามารถรันแอปพลิเคชัน 64 บิตได้ K64 มีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับ K32: ^{[ 17 ]}

• ไม่สามารถจัดการ RAM ได้มากกว่า 32  GB เนื่องจากแผนผังหน่วยความจำจะใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ของพื้นที่เคอร์เนล 32 บิตอย่างไม่สมส่วน
• ขนาดของบัฟเฟอร์แคชสามารถใหญ่กว่าที่พื้นที่เคอร์เนล 32 บิตอนุญาต ซึ่งอาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูล (I/O) ได้
• ประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเมื่อใช้อุปกรณ์เครือข่ายประสิทธิภาพสูงหรือหน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) หลายตัว เนื่องจากเคอร์เนลสามารถแมปอุปกรณ์ทั้งหมดในพื้นที่ 64 บิตได้ แม้ว่าหลายอุปกรณ์จะมี บัฟเฟอร์ การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DMA) ขนาดใหญ่มากก็ตาม

การบูตในขณะที่กดปุ่ม6และ4ค้างไว้จะบังคับให้เครื่องบูต K64 บนเครื่องที่รองรับเคอร์เนล 64 บิต^{[ 18 ]} K64 จะรันแอปพลิเคชัน 32 บิต แต่จะไม่สามารถรัน ส่วนขยายเคอร์เนล 32 บิต(KEXTs) ได้ ดังนั้นส่วนขยายเหล่านี้จะต้องถูกพอร์ตไปยัง K64 เพื่อให้สามารถโหลดได้

XNU ในOS X Mountain Lion (10.8) และเวอร์ชันที่ใหม่กว่านั้นรองรับเฉพาะเคอร์เนลแบบ 64 บิตเท่านั้น

IOKit เป็น เฟรมเวิร์ กไดรเวอร์อุปกรณ์ ที่เขียนด้วย ^ภาษา C++เวอร์ชันย่อยที่อิงตามEmbedded C++ซึ่งขาดคุณสมบัติบางอย่าง เช่นข้อยกเว้นการสืบทอดแบบหลายทางและเทมเพลต^{[ 6} ] ด้วย การออกแบบ เชิงวัตถุคุณสมบัติทั่วไปของไดรเวอร์ทุกคลาสจึงมีอยู่ในเฟรมเวิร์กนี้ ช่วยให้เขียนไดรเวอร์อุปกรณ์ได้ในเวลาและโค้ดที่น้อยลง IOKit รองรับมัลติเธรด ปลอดภัย ต่อการประมวลผลแบบสมมาตร (SMP) และอนุญาตให้เสียบอุปกรณ์แบบร้อนได้และการกำหนดค่าอุปกรณ์แบบไดนามิกอัตโนมัติ

ไดรเวอร์จำนวนมากสามารถเขียนให้ทำงานในโหมดผู้ใช้ได้ซึ่งจะช่วยเพิ่มเสถียรภาพของระบบให้ดียิ่งขึ้น หากไดรเวอร์ที่ทำงานในโหมดผู้ใช้เกิดข้อผิดพลาด เคอร์เนลจะไม่เกิดข้อผิดพลาด อย่างไรก็ตาม หากไดรเวอร์ที่ทำงานในโหมดเคอร์เนลเกิดข้อผิดพลาด เคอร์เนลก็จะเกิดข้อผิดพลาด ตัวอย่างของไดรเวอร์ที่ทำงานในโหมดเคอร์เนล ได้แก่ ไดรเวอร์อะแดปเตอร์ดิสก์และอะแดปเตอร์เครือข่าย ไดรเวอร์กราฟิก ไดรเวอร์สำหรับตัวควบคุม โฮสต์ Universal Serial Bus ( USB ) และFireWire และไดรเวอร์สำหรับ ซอฟต์แวร์ เครื่องเสมือนเช่นVirtualBox , Parallels Desktop for MacและVMware FusionในmacOS Catalinaและเวอร์ชันที่ใหม่กว่า DriverKit อนุญาตให้ไดรเวอร์บางประเภทเหล่านี้ทำงานในโหมดผู้ใช้ได้^{[ 19 ]}