微内核及其结构

微内核(英文中常译作µ-kernel或者micro kernel)。是一种能够提供必要服务的操作系统内核;其中这些必要的服务包括任务，线程，交互进程通信(IPC，Inter-Process Communication)以及内存管理等等。所有服务(包括设备驱动)在用户模式下运行，而处理这些服务同处理其他的任何一个程序一样。因为每个服务只是在自己的地址空间运行。所以这些服务之间彼此之间都受到了保护。

微内核是内核的一种精简形式。将通常与内核集成在一起的系统服务层被分离出来，变成可以根据需求加入的选件，这样就可提供更好的可扩展性和更加有效的应用环境。使用微内核设计，对系统进行升级，只要用新模块替换旧模块，不需要改变整个操作系统。可以用商业对比来解释微内核的模块概念。考虑一个过度忙碌的商务经理。通过将工作分给其他人，这位经理可以将他的能力更有效地用于重要的商务工作中去，并集中于其他一些任务，例如开辟新的商务分支等。可以雇佣一些新人来支持增长的商务活动。经理协调这些工作，但由其他的人做好雇佣他们时说好要做的事。与此类似，微内核操作系统支持执行少量核心任务，并管理可安装模块的活动。用这种方式，微内核对于它能做的工作是非常有效的，并是可移植的，这是指它可以被设计成在不同的处理器上运行。基于微内核的操作系统具有如下特征：微内核提供一组“最基本”的服务，如进程调度、进程间通信、存储管理、处理I/O设备。其他服务，如文件管理、网络支持等通过接口连到微内核。与此相反，内核是集成的，比微内核更大。微内核具有很好的扩展性，并可简化应用程序开发。用户只运行他们需要的服务，这有利于减少磁盘空间和存储器需求。厂商可以很容易地将微内核移植到其他处理器平台，并在上面增加适合其他平台需要的模块化部件。(这指文件服务器、工程应用等等)。微内核和硬件部件有接口，并向可安装模块提供一个接口。在微内核中，进程通过传递消息或运行“线程”来发生相互作用。线程为将一个任务分解为多个子任务提供了途径，在多处理器环境下，线程可以在不同的处理器上独立运行。像Mach和Nucleus这样的微内核操作系统，使用户可以自己选择操作系统的接口和特性。它们十分适合可以选择多处理器和多操作系统的变化的计算机市场，开发商也可从中受益。它们能够很快地从一个系统向另一个系统移植他们的产品，使最终用户可以得到许多应用产品。这种模块化的设计也保证了可以得到大量的可选服务。

Nucleus Chorus系统公司(Beaverton，oregon)设计，该公司总部设在法国。WindowsNT这种操作系统是围绕着Microsoft设计的微内核而设计的，它紧跟在Mach设计之后。它提供线程调度、中断和意外事件管理、多处理器同步和系统恢复(在掉电之后)。它永远不会被存储器管理程序调出内存，而且它的执行也永远不能被其它进程中断。OSF/1MK这是开放式系统基金会的OSF/1 UNⅨ操作系统使用微内核研究的最新版本。它实现了Mach内核，并提供虚拟存储管理、进程间通信和设备驱动程序管理。UNⅨ SVR4 UNⅨ系统实验室公司推出了一个微内核的UNⅨ SVR4(系统V版本4)。它实现了Nucleus微内核。它提供前面讨论的所有微内核特征;然而，在微内核中不管理驱动程序。WorkPlace OS IBM的微内核是基于Mach微内核的。这种微内核在Motorola Power PC处理器上运行，它是Intel80486和Pentium处理器的直接竞争者。WorkPlace操作系统上的用户可以选择不同的运行于操作系统上的接口，如DOS、OS/2、Windows、U-NⅨ等。IBM微内核的体积很小(约40K)，可处理基本的任务，如存储器管理、线程管理、中断管理和消息传递。鸿蒙OS的微内核是LiteOS，LiteOS是华为物联网战略的重要组成部分，具备轻量级、低功耗、互联互通、组件丰富、快速开发等关键能力，基于物联网领域业务特征打造领域性技术栈，为开发者提供 “一站式” 完整软件平台，有效降低开发门槛、缩短开发周期，可广泛应用于可穿戴设备、智能家居、车联网、LPWA等领域。