操作系統(tǒng)的組成部分

發(fā)布時(shí)間: 2012/9/13 17:47:57

　　操作系統(tǒng)理論研究者有時(shí)把操作系統(tǒng)分成四大部分：

驅(qū)動(dòng)程序- 最底層的、直接控制和監(jiān)視各類(lèi)硬件的部分，它們的職責(zé)是隱藏硬件的具體細(xì)節(jié)，并向其他部分提供一個(gè)抽象的、通用的接口。

內(nèi)核- 操作系統(tǒng)之最內(nèi)核部分，通常運(yùn)行在最高特權(quán)級(jí)，負(fù)責(zé)提供基礎(chǔ)性、結(jié)構(gòu)性的功能。

接口庫(kù)- 是一系列特殊的程序庫(kù)，它們職責(zé)在于把系統(tǒng)所提供的基本服務(wù)包裝成應(yīng)用程序所能夠使用的編程接口（API），是最靠近應(yīng)用程序的部分。例如，GNU C運(yùn)行期庫(kù)就屬于此類(lèi)，它把各種操作系統(tǒng)的內(nèi)部編程接口包裝成ANSI C和POSIX編程接口的形式。

外圍- 所謂外圍，是指操作系統(tǒng)中除以上三類(lèi)以外的所有其他部分，通常是用于提供特定高級(jí)服務(wù)的部件。例如，在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)中，大部分系統(tǒng)服務(wù)，以及UNIX/Linux中各種守護(hù)進(jìn)程都通常被劃歸此列。

當(dāng)然，本節(jié)所提出的四部結(jié)構(gòu)觀也絕非放之四海皆準(zhǔn)。例如，在早期的微軟視窗操作系統(tǒng)中，各部分耦合程度很深，難以區(qū)分彼此。而在使用外核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，則根本沒(méi)有驅(qū)動(dòng)程序的概念。因而，本節(jié)的討論只適用于一般情況，具體特例需具體分析。

操作系統(tǒng)中四大部分的不同布局，也就形成了幾種整體結(jié)構(gòu)的分野。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)包括：簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、層結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)、和虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)。

內(nèi)核結(jié)構(gòu)

內(nèi)核是操作系統(tǒng)最內(nèi)核最基礎(chǔ)的構(gòu)件，因而，內(nèi)核結(jié)構(gòu)往往對(duì)操作系統(tǒng)的外部特性以及應(yīng)用領(lǐng)域有著一定程度的影響。盡管隨著理論和實(shí)踐的不斷演進(jìn)，操作系統(tǒng)高層特性與內(nèi)核結(jié)構(gòu)之間的耦合有日趨縮小之勢(shì)，但習(xí)慣上，內(nèi)核結(jié)構(gòu)仍然是操作系統(tǒng)分類(lèi)之常用標(biāo)準(zhǔn)。

內(nèi)核的結(jié)構(gòu)可以分為單內(nèi)核、微內(nèi)核、超微內(nèi)核、以及外核等。

單內(nèi)核結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)中各內(nèi)核部件雜然混居的形態(tài)，該結(jié)構(gòu)于1960年代（亦有1950年代初之說(shuō)，尚存爭(zhēng)議），歷史最長(zhǎng)，是操作系統(tǒng)內(nèi)核與外圍分離時(shí)的最初形態(tài)。

微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是1980年代產(chǎn)生出來(lái)的較新的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)性部件與功能性部件的分離。20世紀(jì)末，基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，理論界中又發(fā)展出了超微內(nèi)核與外內(nèi)核等多種結(jié)構(gòu)。盡管自1980年代起，大部分理論研究都集中在以微內(nèi)核為首的“新興”結(jié)構(gòu)之上，然而，在應(yīng)用領(lǐng)域之中，以單內(nèi)核結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)卻一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。

在眾多常用操作系統(tǒng)之中，除了QNX和基于Mach的UNIX等個(gè)別系統(tǒng)外，幾乎全部采用單內(nèi)核結(jié)構(gòu)，例如大部分的Unix、Linux，以及Windows（微軟聲稱(chēng)Windows NT是基于改良的微內(nèi)核架構(gòu)的，盡管理論界對(duì)此存有異議）。微內(nèi)核和超微內(nèi)核結(jié)構(gòu)主要用于研究性操作系統(tǒng)，還有一些嵌入式系統(tǒng)使用外核。

基于單內(nèi)核的操作系統(tǒng)通常有著較長(zhǎng)的歷史淵源。例如，絕大部分UNIX的家族史都可上溯至1960年代。該類(lèi)操作系統(tǒng)多數(shù)有著相對(duì)古老的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)（例如某些UNIX中存在著大量1970年代、1980年代的代碼）。另外，往往在性能方面略?xún)?yōu)于同一應(yīng)用領(lǐng)域中采用其他內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)（但通常認(rèn)為此種性能優(yōu)勢(shì)不能完全歸功于單內(nèi)核結(jié)構(gòu)）。

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