微内核（Micro kernel）

　　微内核（Micro kernel）是提供操作系统核心功能的内核的精简版本，它设计成在很小的内存空间内增加移植性，提供模块化设计，以使用户安装不同的接口，如UNIX、DOS、Windows、Workplace OS、Workplace UNIX等。IBM、Microsoft、开放软件基金会(OSF)和UNIX系统实验室(USL)等新操作系统都采用了这一研究成果的优点。

　　简介

　　微内核（英文中常译作micro-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。

　　技术优势

　　能够使得不同的API，文件系统，甚至不同的操作系统的特性在一个系统中共存。

　　系统非常灵活。当运行一个应用程序时，只需把选定的系统服务加载到系统中即可。而修改了服务以后可以通过联机进行测试；并不需要重新构建或者启动一个新的内核，他们并不影响系统的运行。

　　系统服务或者设备驱动故障和与它们有关的运行任务是隔绝的。

　　依存关系的服务器系统可以加以限制，使为安全重要至关信赖的计算基数的应用可被削减。

　　这种由微内核所决定的结构（IPC，多线程）能够应用在所有的应用程序和服务上。一个精炼的微内核接口能够有演绎成更多模块的系统结构。

　　结构详解

　　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。

　　象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。

　　采用微内核的操作系统
　　Mach：Carnegie-Mellon大学设计。

　　Nucleus：Chorus系统公司(Beaverton，oregon)设计，该公司总部设在法国。

　　WindowsNT：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。

　　其他

　　微内核结构由一个非常简单的硬件抽象层和一组比较关键的原语或系统调用组成；这些原语，仅仅包括了建立一个系统必需的几个部分；如线程管理，地址空间和进程间通信等。

　　微核的目标是将系统服务的实现和系统的基本操作规则分离开来。例如，进程的输入/输出锁定服务可以由运行在微核之外的一个服务组件来提供。这些非常模块化的用户态服务器用于完成操作系统中比较高级的操作，这样的设计使内核中最内核的部分的设计更简单。一个服务组件的失效并不会导致整个系统的崩溃，内核需要做的，仅仅是重新启动这个组件，而不必影响其它的部分。

　　微内核将许多OS服务放入分离的进程，如文件系统、设备驱动程序，而进程通过消息传递调用OS服务。微内核结构必然是多线程的。第一代微内核，在内核提供了较多的服务，因此被称为'胖微内核'，它的典型代表是MACH，它既是GNU HURD也是APPLE SERVER OS的内核，可以说，蒸蒸日上。第二代微内核只提供最基本的OS服务，典型的OS是QNX, QNX在理论界很有名，被认为是一种先进的OS。