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在鸿蒙 Show code 之前，先来看看什么是微内核

日期：2020-09-08点击：998收藏

据华为官方消息，本月中，鸿蒙操作系统将正式发布 2.0 版本，届时还将把源码公开托管至代码平台。近一年多的犹抱琵琶半遮面，这次似乎是要“ Show us code”了，在一睹鸿蒙芳容之前，不妨让我们先来了解一下鸿蒙的核心要素之一 —— 微内核。

官方介绍，鸿蒙从设计之初就为多终端（如边缘计算 IoT、服务器等）而生，微内核就是鸿蒙操作系统的核心要素之一。

什么是微内核

微内核设计的基本思想是简化内核功能，在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务，同时加入相互之间的安全保护。内核只提供最基础的服务，比如多进程调度、多进程通信（IPC)等。其中进程通信是作为连接应用与用户态系统服务的桥梁。

宏内核系统相关的服务基本都是放于内核态内核中，例如文件系统、设备驱动、虚拟内存管理、网络协议栈等；而微内核则把更多的系统服务（例如文件系统、POSIX服务、网络协议栈甚至外设驱动）放到用户态应用，形成一个个服务，等待其他应用的请求。而后来，为了在宏内核与微内核之间扬长避短，也发展出了中间的混合内核的形态，部分服务也会放置于内核中。

微内核的优缺点

技术没有银弹，微内核也有优缺点。

优点

系统服务模块化，可移植性高；
内核安全性提高(模块内部的bug不影响内核稳定，将黑客利用软件漏洞造成的破坏限制在单个模块内部)；
可以多套系统服务共存，相当于同时运行多种操作系统；
稳定统一的接口(可以独立维护私有驱动以及服务，不需要跟内核源码绑定)；
在商业上，微内核可以避免代码受到一些开源协议的影响，比如GPL协议；
内核精简，可以进行形式化验证，利用数学证明内核的安全性；
数学可证明的实时性；
非常适合多处理器系统设计，在多处理器核心计算机上，互相依赖的系统服务可以同时运行

缺点

通过进程通信的方式交换数据或者调用系统服务，而不是使用系统调用，造成额外的操作系统开销；
使用一些频繁使用的系统服务时，比如网络收发数据，造成的进程上下文切换对操作系统来说也是一个负担；
由于系统服务高度模块化，系统服务之间存在大量的内存复制；
对互相之间存在复杂调用关系的系统服务，难以设计通信接口；
系统服务与内核在地址空间上分离，造成代码局部性差，降低了cache命中率；

微内核项目：Minix 与 Fuchsia 的 zircon

在鸿蒙之前，已经存在一些使用微内核技术的项目。常常被人们拿来与鸿蒙对比的 Fuchsia 同样采用微内核设计。Fuchsia 是 Google 开发的一款全新操作系统，设计目标是覆盖手机、平板甚至笔记本等一系列终端。Google 为该系统准备了丰富的配套生态，包括 Vulkan 图形接口、3D 桌面渲染 Scenic、Flutter 应用开发框架，还有一个称为 zircon 的微内核。

zircon 内核是从高通平台的一个 Bootloader 项目：Little Kernel 发展而来。zircon 内核属于微内核设计，只提供 IPC，进程管理，地址空间管理功能。zircon 区别于以进程或者以文件为核心的设计，zircon 是以内存为核心来设计的，内存在 zircon 中是以对象的方式存在，可以通过channel 通信机制传递虚拟内存对象（Virtual memory object）的句柄，进程拿到句柄后可以把这块内存映射到自己的空间。

此外，CPU 制造商 Intel 近年来也在推进微内核技术，在管理引擎中加入了 Minix 微内核系统。Minix 系统由荷兰阿姆斯特丹 Vrije 大学的 Andrew S.Tanenbaum 教授开发，该系统最大的特点是可以故障隔离，自动重启失败的服务。

Minix 使用分层设计，最底层的微内核提供中断处理、进程管理、进程通信等服务，这一层运行在内核态；中间层提供轮回服务(Reincarnation Server)、文件服务、进程管理、X 图形服务以及驱动等，这一层运行在用户态；最上层为用户进程。其中轮回服务负责在中间层的服务出现崩溃时重启这些服务，从而保证服务的自我修复。正是由于 Minix 具有自我修复的特性，才被 Intel 管理引擎（ME）所选用，该管理引擎主要负责管理 Intel 芯片的内部模块。

鸿蒙微内核

根据官方资料显示，鸿蒙微内核从底层即为物联网设计。微内核仅在操作系统的内核中保留最基本功能，降低了内核的开发难度；分布式思维，将非核心的程序和模块隔离在内核之外，因此当单一程序出现错误时不会影响系统整体功能；同时，微内核相比宏内核更易于移植，开发、更新周期也得以缩短。

上述可知，微内核的最大特性是仅在内核中保留最核心功能，是鸿蒙实现跨端操作系统的不二之选。微内核连接实时性更好，同时结合 5G 低时延场景，尤其适用于工业控制、智能交通等物联网领域。而在这些场景下，微内核更容易实现故障隔离，最大程度保证系统的可用性与安全性。

鸿蒙微内核具有分布式的特点。目前已有操作系统基本只对应于某一种硬件，如 Windows 对应 x86 PC、iOS 对应苹果移动设备等。但 IoT 时代终端种类数量极大拓展，难以针对每种硬件分别开发操作系统或应用程序，不同硬件终端的生态无法共享协同，开发效率低。基于微内核的鸿蒙一旦实现硬件解耦，就可以针对不同设备进行弹性部署（例如手机、电脑、穿戴设备、车载设备、音箱、电视、智能家居等）。

微内核是 IoT 操作系统演进方向，也是鸿蒙系统的核心要素之一。据官方透露，鸿蒙微内核对进程间通信进行了高度优化，使得鸿蒙相比 Fuchisia 效率提升 3 至 5 倍。此外，由于微内核的代码数量远远少于宏内核，因此鸿蒙能够以对每行代码进行充分的“形式化”的安全验证，显著提升内核安全性。

当然，鸿蒙的微内核究竟是否如其宣传的那样，一切还要等到这次的华为开发者大会后才能揭晓答案。希望这次鸿蒙能够真正的“ Show us code”。