MacBookで64ビットカーネルの使い心地 - ザリガニが見ていた...。

OSX 10.6（SnowLeopard）では、標準添付されるほぼすべてのソフトウェアが64ビットに対応した。アクティビティモニタ（/Applications/Utilities/Activity Monitor.app）で確認してみると、「種類」の列項目がほとんど「Intel（64ビット）」となっている。（でも、iPhoto・iTunesは未だ32ビットなんだけど）

さらに、SnowLeopardではOSの核であるカーネルまでも64ビットに対応したらしい。アクティビティモニタでPIDが常に0で表示されるkernel_taskさえも、64ビットに対応したのだ。しかし、デフォルトでは多くのマシンが未だ32ビットカーネルで起動するらしい。64ビットカーネルで起動するには「6」と「4」のキーを押しながら起動する必要があるそうだ。

Mac OS X v10.6：32 ビットまたは 64 ビットカーネルで起動する

でっかいことは良いことだ的な発想で、こうゆうのを見ると即試してみたくなる。カーネルも含めたすべてが64ビットで処理されると、その処理の効率化は一体どれほどになるのだろう？果たして体感できる何か、を感じられるのだろうか？期待を膨らましつつ、「6」と「4」を押しながら再起動してみた。

起動が完了してすぐに、アクティビティモニタでkernel_taskを確認してみた。ところが、表示は相変わらず「Intel」のみ。「64ビット」の表示はない。どうやら、32ビットカーネルで起動しているようだ。

「6」と「4」を押しながら、手軽に64ビットカーネルで起動するという夢は、早々に打ち砕かれたのであった...。前途多難？

環境

MacBook (13-inch, Late 2008)
OSX 10.6.7

起動できる条件

では、自分のMacBookは、果たして64ビットカーネルで起動できるマシンなのだろうか？64ビットカーネルで起動するためには、少なくとも、CPUとEFIが64ビット対応であることが必要な条件らしい。

64ビットCPU

Mactrackerで確認してみると、Architecture: 64-bitとなっている。64ビットCPUだと思われる。

64ビットEFI

ターミナルで以下のコマンド（$を除く太字の部分）を実行して確認してみた。

$ ioreg -l -p IODeviceTree | grep firmware-abi
    | |   "firmware-abi" = <"EFI64">

EFI64の表示が確認できた。64ビットEFIと思われる。

必要な要件は満たしている。

意図的な制限

では、なぜ64ビットカーネルで起動しないのか？

以下のページによると、2008年以降のMac Pro・MacBook Pro・iMac・Xserve、2010年以降のMac miniは、64ビットカーネルに対応しているらしい。
- Mac OS X v10.6：64 ビットのカーネルを使う Mac

しかしながら、MacBookについては記載がない。どうやら「6」と「4」を押しても64ビットカーネルで起動しない理由は、どうもこの辺にありそう。

カーネルは起動時に32bit/64bitが選択できるのだが、Mac mini, Mac Book, Mac Book Airにおいては、Appleは上位機種との差別化の為、EFIが64bitに対応していても64bitカーネルがロードできないよう意図的に制限をかけている。32bitカーネルでも32GBまでのメモリを扱える為、実用的には問題ないのだが、...
http://www39.atwiki.jp/macmini/pages/30.html

何と！諸々の環境としては64ビットカーネルの起動が可能なのに、Appleの方針で意図的に制限されていたとは...。確かにちょっとガッカリする。

制限を回避する

世界は広い。どんな時も、きっとどこかにその道の達人がいる。そして、自分には想像もできない方法で道を開いてくれる。今回もまた、検索するとMacBookで64ビットカーネルで起動する方法が見つかってしまった。素晴らしい技！

参考ページ

以下のページがたいへん参考になりました。感謝です！

Snow Leopard な MacBook を 64bit カーネルで起動する - えこ日記

自分が辿った手順（バックアップ）

TimeMachineでバックアップしておく。（失敗して最悪起動しなくなっても素早く復元できるように。復元の手順も想像した。）

自分が辿った手順（64ビット対応boot.efiの作成）

boot.efiをコピーする。

$ cp /System/Library/CoreServices/boot.efi ~/boot-k64.efi

HexEditorでの作業

HexEditorをダウンロード。
先程コピーしたホームフォルダ直下の boot-k64.efi を HexEditor で開く。
以下3箇所のバイトコードの書き換えを行う。
- 0x28708 の 0x0 を 0x4 に変更
- 0x2870c の 0x0 を 0x1 に変更
- 0x28710 の 0x0 を 0x2 に変更

入力例
- 選択範囲開始点: 0x28708 と入力してreturn。
- すると、0x28700を先頭とする行にジャンプする。
- 0x28708の位置をクリックする。
- 表示／編集方法... char: 0x4 と入力してreturn。

上記で書き換えたboot-k64.efiを、CoreServices内にコピーする。

$ sudo cp ~/boot-k64.efi /System/Library/CoreServices/

所有者の変更、フラッグの変更、起動時に boot.efi に替わって boot-k64.efi を利用するように変更。

$ sudo chown root:wheel /System/Library/CoreServices/boot-k64.efi
$ sudo chflags uchg /System/Library/CoreServices/boot-k64.efi
$ sudo bless --folder /System/Library/CoreServices --file /System/Library/CoreServices/boot-k64.efi

自分が辿った手順（再起動）

以上の設定が完了したら、「6」と「4」を押しながらMacBookを再起動すればOK。
ちなみに、以下の方法で「6」と「4」を押さなくとも64ビットカーネルで起動する。

カーネルモードの設定と確認

上記では毎回「6」と「4」を押して起動する必要があるが、以下のように設定しておけば常に64ビットカーネルで起動する。

64ビットカーネルで起動するモードの設定と確認。

$ sudo systemsetup -setkernelbootarchitecture x86_64
$ defaults read /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.Boot
{
    Kernel = "mach_kernel";
    "Kernel Architecture" = "x86_64";
    "Kernel Flags" = "";
}

32ビットカーネルで起動するモードの設定と確認。

$ sudo systemsetup -setkernelbootarchitecture i386
$ defaults read /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.Boot
{
    Kernel = "mach_kernel";
    "Kernel Architecture" = i386;
    "Kernel Flags" = "";
}

デフォルトモード（自分のMacBookは32ビットカーネルで起動する）の設定と確認。

$ sudo systemsetup -setkernelbootarchitecture default
$ defaults read /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.Boot
{
    Kernel = "mach_kernel";
    "Kernel Flags" = "";
}

64ビットカーネルの使い心地

見事、64ビットカーネルで起動した！

で、その使い心地はどうかというと...

お勧めできない！

- モニタの色合いが異常。
- カラー補正もできない。
- スクロール中に表示が乱れる。
- プレビュー.appで表示できない。
- モニタを閉じたらスリープせずフリーズした。
等々、ちょっと使っただけでも最適な状態で使えていないことに気付く。

このように数々の異常が発生するので、アップルは64ビットカーネルでの起動を意図的に制限しているのかもしれない。
あるいは、64ビットカーネルでの起動を想定していないので、放置されてこのような状態になっているのかもしれない。

32ビットカーネルの実力

それでは、MacBookではOSのカーネルまで含めた真の64ビットOSの真価を体感できないのだろうか？このまま半分の32ビッットカーネルでのんびり処理するしかないのか？そんながっかり感が込み上げてくるが、以下のページの解説を読むと、無理して64ビット化にこだわる必要なんてないことに気付いた。

ASCII.jp：やっぱりスゴい！ Snow Leopardの「64bit対応」｜もっと知りたい！ Snow Leopard

OSXでは、Intelの64ビットCPUで追加されたIA-32eというモードで実行している。
IA-32eでは、64bitモードと32bit互換モードを超高速に切り替え可能。
カーネルは32bit互換モードでも、アプリケーションやメモリ管理は64bitモードに切り替えて実行している。
だから、カーネルの処理以外では64ビットの恩恵*1をちゃんと受けられるらしい。
そして、一旦アプリケーションが起動してしまうと、アプリケーション自体の処理の中でカーネルに依存する部分はそれほど多くなさそう。（自分の利用環境では）
唯一気になるのはメモリ管理だが、32ビットカーネルでもメモリ管理は64ビットに切り替えて処理されるそうで、4GB以上のメモリ割り当ても問題なく可能らしい。

ベンチマーク差

32ビットと64ビットのカーネルのベンチマーク結果を見ると、実はそれほど大差ないことに気付く。
- ASCII.jp：やっぱりスゴい！ Snow Leopardの「64bit対応」ベンチマーク結果集｜もっと知りたい！ Snow Leopard

全般的な傾向として、若干64ビットカーネルの方がスコアが良い傾向にあるが、その差は僅差。体感できる程の差は無さそう。
- ベンチマーク項目の多くが、カーネルを経由しない処理となっているようだ。

但し、XBenchのMemory TestのSystem、BonnieのSequential InputのBlockなど特定の項目については、64ビットカーネルの方が顕著に良いスコア。
- ファイルやメモリにアクセスするカーネルに依存する処理では、差が出ている。

体感差

ベンチマーク結果から予想されたように、64ビットカーネルで起動してもその差は全く感じられないという意見が多いようだ。
逆に、ドライバやカーネル機能拡張（KEXT）が動作しなかったり、不安定なことがあり、32ビットカーネルに戻しているとも。
- Apple サポートコミュニティ: 64Bit起動について

所感

つまり、32ビットカーネルで起動しようが、64ビットカーネルで起動しようが、現状はほとんど性能差がない。（自分の使い方においては）
- 但し、サーバー用途ではまた違った結果になるかもしれない。
アップルが設定する出荷時のカーネルモードで起動しておくのが、たぶん最適な環境となる。
- ちなみに、最新のMacBookやMacBook Airでさえも、64ビットカーネルはサポートされていないようだ。
- 一方、最新のMac Pro、MacBook Proは、64ビットカーネルがデフォルトの設定となっている。
カーネルが32ビット・64ビットとは関係なく、カーネル以外のソフトウェアを64ビットで利用すれば、64ビットの恩恵を存分に受けられる。

ユニバーサルバイナリを活用した32ビットから64ビットへの移行は実にスムーズ。
ユーザーは32ビットか、64ビットか、なんてほとんど気にする必要は無い。
PowerPCからIntelの時もそうだったが、もはやCPUの違いはたいした問題ではなくなってしまった。
OSがCPUの違いを吸収して、その環境に最適な方法で実行するようになってしまった。

環境