鸿蒙OS的微内核技术究竟是什么

作者 | 马超

责编 | 胡巍巍

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

当鸿蒙OS宣告开源的时分，各种空泛的炒作，简直把国产操作体系的技能实质掩盖了，尽管笔者没亲眼见过鸿蒙的代码，也没用方舟成功编译什么程序，不过当华为官宣鸿蒙将运用微内核的时分其实这款OS的风格就现已确认了，由于这便是内核的价值和含义。

记住十几年前笔者刚刚结业，初度进入嵌入式开发的圈子，那时总感觉操作体系间隔我很远，乃至有些高不可攀。

其时看到CSDN论坛上各种有关WINCE、MINIGUI等嵌入式OS的发贴时，那些僵硬的代码真是给我其时还年青的心灵留下了巨大的暗影，不过这十年来尽管作业和嵌入式渐行渐远，可是不断总结经验回头来看，感觉操作内核的规划并不是一个纯数学或许技能的建模进程，乃至还反响了咱们日常日子中的许多道理。

在科技界有一句名言“假定你无法简练的表达你的主意，那只阐明你还不够了解它”，所以经过了这些年的沉积，笔者测验运用最浅显的言语来向咱们解说，什么是内核、什么又是微内核，阅览本文不需求读者具有什么操作体系的常识。

宏内核vs微内核的根底逻辑

上世纪90年代，微内核操作Minix的作者Tanenbaum与微内核操作体系Linux的作者Linus，曾经有一段十分闻名的论争，(详细链接: https:///openbook/opensources/book/appa.html)，这儿笔者无意全文翻译，仅仅想说即便是Linus这样的大神级人物也不免会堕入谁优谁劣的口水仗之中，而一般人士或许更不免俗，所以咱们先放置好坏的争议，先直观来感触宏内核与微内核的架构图是什么姿态的。

宏内核架构图

微内核架构图

简略的讲宏内核便是操作体系是个大管家，简直包揽悉数，用户使用程序的需求直接向内核提出就行；微内核更像一个代理人，简直一切的驱动、文件体系悉数运转在与用户使用程序平级的用户形式下。

内核类型的简略类比

为了让读者了解起来更便利，接下来让咱们做一个比较简略的类比，假定把操作体系当作一家公司，而宏内核的特点是用户恳求直达内核，内核统一组织履行，这代表此公司运用扁平化的办理架构，而微内核的操作体系中则需求建立许多如驱动，文件体系等部分，这闪现公司运用原则化、等级化的办理架构。

简而之宏内核代表的是层次简略的扁平化办理风格，微内核则代表多部分的原则化办理风格。

根底概念释义

上下文及上下文切换：这个名词常常呈现在各类操作体系的书本傍边，仍是以公司为例，上下文就代表了处理一个项目所需求的相关资料、文件，而上下文切换则代表这些资料文件在不同部分（进程）或许领导（CPU）之间的流通。

状况坚持（快照）及康复：假定这样一种场景，我正在领导的办公室中报告作业，此刻外面另一个人有更重要的作业向领导报告，由于触及权限问题需求我先退出他的办公室，那么我在退出前需求做一次状况快照，以便领导处理完紧迫业务后能够持续处理我的作业。这便是计算机中状况坚持与康复的进程。

底子推论

运转功率宏内核更优：信任咱们都有过跑部分跑公章的阅历，许多时刻、精力都糟蹋在了部分（进程）之间的上下文切换(上文现已释义)中了，微内核在功率方面肯定是处于下风的，所以现在的干流操作体系如Linux和Windows实质上运用的都是宏内核，当然有读者或许会提出Windows运用的是混合内核，不过这种混合内核也是以功率优先的扁平化架构，实质上仍是宏内核。

宏内核vs微内核，谁更安全？

有关安全性的比较，其实仅凭直觉就能得到正确定论。正如各位日常所见，正规军队选用的都是“下级服从上级、指令肯定履行”的办理方式，而只需游击队才搞扁平化办理的。

其间逻辑也不难了解，扁平化尽管能有比较高的功率，可是不免会在身份辨别、数据传递的进程中呈现疏忽，然后给侵略者待机而动。

而现在已有部分宏内核如sel4（Github地址：https://github.com/seL4/seL4）现已被形式化证明无误（论文地址：http://ts.data61.csiro.au/publications/nicta_full_text/955.pdf），

关于sel4的形式化证明笔者在这儿多聊几句，从实质上来说sel4的内核代码只需1万行左右，而linux的内核代码现已突破了2000万行，所以微内核的sel4由于其代码数量较小，所以研究人员爽性将其内核笼统成一个有限状况机，然后证明在状况搬迁与跃迁的进程中都不会发作会被歹意运用的缝隙，然后确保整个体系的安全。当然这个安全也有条件：

一、不能有内鬼：即生成内核的编译器、链接器与操作运转的硬件环境如DMA等设备不能被提早歹意植入后门。

二、不能有暗码走漏：形式化验证只能确保原则体系自身不出问题，假定用户将自身暗码走漏那体系是无法防备的。

不过咱们也知道宏内核的操作体系尤其是Windows，常常会暴出安全缝隙，用户在没有走漏暗码且没运用问题硬件的状况下，仍是会遭到被黑客侵略。所以在安全性对比上微内核可谓优势显着。

宏内核vs微内核，谁实时性强？

这个问题的答案或许与读者的榜首反响不同，功率更优的宏内核在实时性方面的体现其实不如微内核。那些关于实时性要求极高的军用操作体系（如vxWorks等）运用的都是微内核架构。

请幻想这样一个场景，假定我是公司的出售部负责人，正在向总经理报告下一年的出售计划，这时总经理状况一般办公室屏蔽来访，手机屏蔽来电，专门处理我的报告，恰在此刻读者作为战略部负责人带着阿里行将收买公司的音讯，来到总经理办公室门口，恳求报告。假定此刻有关阿里收买报告的优先级是高于其它一切作业的优先级，所以总经理会把我报告的内容做一下状况坚持（快照），赶快组织战略部负责人进来报告。

由于宏内核的扁平化架构，简直一切恳求都是直达总经理的，所以总经理关于来访及来电的屏蔽时刻就会变得不可控，而反观微内核此刻多部分的原则化架构优势开端闪现，由于总经理一般只需核对一下其它部分的处理进程是否合规，然后签名即可，因而微内核的最长屏蔽时刻是可预期的。

So当咱们在向下考虑一层就会发现，原则化、流程化的微信核更能确保决策层在最短时刻内就给最重要的使命予以呼应。

宏内核vs微内核 谁更适合多核处理器

其实现在微内核的回归正好阐明晰微内核与多处理器的硬件渠道配合会更好。请幻想这样的场景，假定我是一家餐厅的外卖小哥，我向内核发送了回单位取餐的恳求，这时内核会把这个恳求拆解为两个：

一是我抵达单位，状况改为闲暇的告诉。

二是帮我预备指定的菜品，假定这家餐厅规划很小只需一个总经理当然没有任何问题，不过假定餐厅有两个决策人（双核），那么我抵达的告诉或许先发给了总经理1，而为我预备菜品时总经理1（中心1）有其它使命了，所以需求总经理2（中心2）来组织协调了，这时就需求在总经理1和总经理2进行上下文切换才能够满意我的需求了。

而微内核在内核下面规划有部分（服务进程）的架构，就简直不存在宏内核在中心间调研上下文切换的问题。

所以在整体来说，宏内核会在CPU中心间不断进行上下文切换，而微内核则不断在部分（进程）间进行上下文切换。

当然了宏内核针对多处理器年代也不是彻底束手无策，比方Linux就提出了用户协议栈的概念，其实质逻辑便是建立一个直属某一总经理的特别举动小组，这一小组的一切使命悉数在此总经理的领导下进行，然后防止跨总经理间的上下文切换以进步功率，其实这种计划也有必定局限性，比方呈现单个总经理底子管不过来特别组的状况，该怎么优化其实仍是有待探究。

跋文

其实本文应该是国庆当天完结的，仅仅笔者又花了一天时刻，让妻子来读此文指出不流畅难明的当地，修改后才终究完结的。所以自我感觉本文浅显性应该还好，假定有问题想提欢迎在文后留言。

前段时刻鸿蒙刚出的时分引发各方论争，支撑华为的说鸿蒙是创世之举，对立的则称此为PPT开源。

而笔者以为口水战是没有含义的，正如此文所言，微内核和宏内核其实各有使用场景，各有好坏，谁也碾压不了谁。

或许许多人觉得首要要把方向搞对，避免后边直接被筛选。不过这些年来可谓被筛选的技能大多是如Silver light、XNA等使用层的开发结构，而底层的操作体系内核真是应了那句“太阳底下没什么新鲜事”的谚语，简直不会存在呈现什么新理念能直接把之前的规划彻底干趴的或许。

其实华为的鸿蒙LITEOS早已被放到Github上（https://github.com/Awesome-HarmonyOS/HarmonyOS）了，那么LiteOS的哪些代码是归于契合鸿蒙OS的规划理念或许会被照搬，哪些不契合需求重写，就做为考虑题留给各位读者吧。

今日恰是笔者担任CSDN嵌入式大区版主的十周年纪念日，所以不再秀什么代码了，仅仅单纯向咱们翻开心扉，谈一下做为一个用惯纯C的嵌入式老兵，关于操作体系内核的一点考虑，期望能给各位读者尤其是那些关于操作体系不甚了解的读者以更多收成。

声明：本文为 CSDN 博主马超（ID：beyondma）的原创文章，版权归作者一切。

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