操作系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)

時(shí)間：2023-02-19 18:54:01 | 來(lái)源：營(yíng)銷百科

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操作系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)：Apple I電腦，蘋(píng)果電腦的第一代產(chǎn)品。延續(xù)80年代的競(jìng)爭(zhēng)，1990年代出現(xiàn)了許多影響未來(lái)個(gè)人電腦市場(chǎng)深厚的操作系統(tǒng)。由于圖形化使用者界面日趨繁復(fù)，操作系統(tǒng)的能力也越來(lái)越復(fù)雜與巨大，因此強(qiáng)韌且具有彈性的操作系統(tǒng)就成了迫切的需求。此年代是許多套裝類的個(gè)人電腦操作系統(tǒng)互相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代。

上一年代于市場(chǎng)崛起的蘋(píng)果電腦，由于舊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不良，使得其后繼發(fā)展不力，蘋(píng)果電腦決定重新設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)許多失敗的項(xiàng)目后，蘋(píng)果于1997年釋出新操作系統(tǒng)——MacOS的測(cè)試版，而后推出的正式版取得了巨大的成功。讓原先失意離開(kāi)蘋(píng)果的Steve Jobs風(fēng)光再現(xiàn)。

除了商業(yè)主流的操作系統(tǒng)外，從1980年代起在開(kāi)放原碼的世界中，BSD系統(tǒng)也發(fā)展了非常久的一段時(shí)間，但在1990年代由于與ATT的法律爭(zhēng)端，使得遠(yuǎn)在芬蘭赫爾辛基大學(xué)的另一股開(kāi)源操作系統(tǒng)——Linux興起。Linux內(nèi)核是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)POSIX內(nèi)核，其血緣可算是Unix家族的一支。Linux與BSD家族都搭配GNU計(jì)劃所發(fā)展的應(yīng)用程序，但是由于使用的許可證以及歷史因素的作弄下，Linux取得了相當(dāng)可觀的開(kāi)源操作系統(tǒng)市占率，而B(niǎo)SD則小得多。

相較于MS-DOS的架構(gòu)，Linux除了擁有傲人的可移植性（相較于Linux，MS-DOS只能運(yùn)行在Intel CPU上），它也是一個(gè)分時(shí)多進(jìn)程內(nèi)核，以及良好的內(nèi)存空間管理（普通的進(jìn)程不能存取內(nèi)核區(qū)域的內(nèi)存）。想要存取任何非自己的內(nèi)存空間的進(jìn)程只能通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)達(dá)成。一般進(jìn)程是處于使用者模式（User mode）底下，而執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)會(huì)被切換成內(nèi)核模式（Kernel mode），所有的特殊指令只能在內(nèi)核模式執(zhí)行，此措施讓內(nèi)核可以完美管理系統(tǒng)內(nèi)部與外部設(shè)備，并且拒絕無(wú)權(quán)限的進(jìn)程提出的請(qǐng)求。因此理論上任何應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)的錯(cuò)誤，都不可能讓系統(tǒng)崩潰（Crash）。

另一方面，微軟對(duì)于更強(qiáng)力的操作系統(tǒng)呼聲的回應(yīng)便是Windows NT于1993年的面世。

1983年開(kāi)始微軟就想要為MS-DOS建構(gòu)一個(gè)圖形化的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序，稱為Windows（有人說(shuō)這是比爾·蓋茨被蘋(píng)果的Lisa電腦上市所刺激）。

一開(kāi)始Windows并不是一個(gè)操作系統(tǒng)，只是一個(gè)應(yīng)用程序，其背景還是純MS-DOS系統(tǒng)，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的BIOS設(shè)計(jì)以及MS-DOS的架構(gòu)不甚良好之故。

在1990年代初，微軟與IBM的合作破裂，微軟從OS/2（早期為命令行模式，后來(lái)成為一個(gè)很成功但是曲高和寡的圖形化操作系統(tǒng)）項(xiàng)目中抽身，并且在1993年7月27日推出Windows NT 3.1，一個(gè)以O(shè)S/2為基礎(chǔ)的圖形化操作系統(tǒng)。

并在1995年8月15日推出Windows 95。

直到這時(shí)，Windows系統(tǒng)依然是建立在MS-DOS的基礎(chǔ)上，因此消費(fèi)者莫不期待微軟在2000年所推出的Windows 2000上，因?yàn)樗潘闶堑谝粋€(gè)脫離MS-DOS基礎(chǔ)的圖形化操作系統(tǒng)。

Windows NT系統(tǒng)的架構(gòu)為：在硬件階層之上，有一個(gè)由微內(nèi)核直接接觸的硬件抽象層（HAL），而不同的驅(qū)動(dòng)程序以模塊的形式掛載在內(nèi)核上執(zhí)行。因此微內(nèi)核可以使用諸如輸入輸出、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、信息安全機(jī)制與虛擬內(nèi)存等功能。而系統(tǒng)服務(wù)層提供所有統(tǒng)一規(guī)格的函數(shù)調(diào)用庫(kù)，可以統(tǒng)一所有副系統(tǒng)的實(shí)作方法。例如盡管POSIX與OS/2對(duì)于同一件服務(wù)的名稱與調(diào)用方法差異甚大，它們一樣可以無(wú)礙地實(shí)作于系統(tǒng)服務(wù)層上。在系統(tǒng)服務(wù)層之上的副系統(tǒng)，全都是使用者模式，因此可以避免使用者程序執(zhí)行非法行動(dòng)。

DOS副系統(tǒng)將每個(gè)DOS程序當(dāng)成一進(jìn)程執(zhí)行，并以個(gè)別獨(dú)立的MS-DOS虛擬機(jī)器承載其運(yùn)行環(huán)境。另外一個(gè)是Windows 3.1 NT 模擬系統(tǒng)，實(shí)際上是在Win32副系統(tǒng)下執(zhí)行Win16程序。因此達(dá)到了安全掌控為MS-DOS與早期Windows系統(tǒng)所撰寫(xiě)之舊版程序的能力。然而此架構(gòu)只在Intel 80386處理器及后繼機(jī)型上實(shí)作。且某些會(huì)直接讀取硬件的程序，例如大部分的Win16游戲，就無(wú)法套用這套系統(tǒng)，因此很多早期游戲便無(wú)法在Windows NT上執(zhí)行。

Windows NT有3.1．3.5．3.51與4.0版。

Windows 2000是Windows NT的改進(jìn)系列（事實(shí)上是Windows NT 5.0）、Windows XP（Windows NT 5.1）以及Windows Server 2003（Windows NT 5.2）、Windows Vista（Windows NT 6.0）、Windows 7(Windows NT 6.1）也都是立基于Windows NT的架構(gòu)上。

而本年代漸漸增長(zhǎng)并越趨復(fù)雜的嵌入式設(shè)備市場(chǎng)也促使嵌入式操作系統(tǒng)的成長(zhǎng)。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常都有一個(gè)使用的繪圖設(shè)備的圖形化使用者界面，并附加如鼠標(biāo)或觸控面版等有別于鍵盤(pán)的輸入設(shè)備。舊的OS或效能導(dǎo)向的服務(wù)器通常不會(huì)有如此親切的接口，而是以命令行接口（CLI）加上鍵盤(pán)為輸入設(shè)備。以上兩種接口其實(shí)都是所謂的殼，其功能為接受并處理使用者的指令（例如按下一按鈕，或在命令提示列上鍵入指令）。

選擇要安裝的操作系統(tǒng)通常與其硬件架構(gòu)有很大關(guān)系，只有Linux與BSD幾乎可在所有硬件架構(gòu)上執(zhí)行，而Windows NT僅移植到了DEC Alpha與MIPS Magnum。

在1990年代早期，個(gè)人電腦的選擇就已被局限在Windows家族、類Unix家族以及Linux上，而以Linux及Mac OS X為最主要的另類選擇，直至今日。

大型機(jī)與嵌入式系統(tǒng)使用很多樣化的操作系統(tǒng)。大型主機(jī)有許多開(kāi)始支持Java及Linux以便共享其他平臺(tái)的資源。嵌入式系統(tǒng)百家爭(zhēng)鳴，從給Sensor Networks用的Berkeley Tiny OS到可以操作Microsoft Office的Windows CE都有。