鸿蒙操作系统用的微内核到底是什么？( 二 ) _鸿蒙

3. 最后为了提高 IPC 的效率，Mach 使用共享内存机制来完成 IPC 。
而 Mach 的共享内存机制是在虚拟内存技术的支持下实现的，只有需要对内存进行写入时才进行复制。这么一处理比每次都复制一遍内存节省了内存使用同时又加快了 IPC 机制的处理时间，这个改进称为写时复制，并且在如今的通用操作系统如 Linux 中常常用到。
经过测试，Mach 2.5的效率最多比 UNIX 少 25%，但是考虑到 Mach 带来的可靠性、可拓展性、安全性，这个效率损失尚可以接受。
当然此时 Mach 内核还不算完全的微内核。而考虑到微内核可以更高效地利用多处理器计算机的处理器核心资源，人们期待着等 Mach 把系统服务都搬到内核之外后可以把运行效率损失降下来。
同时 Mach 在微内核方面小小的尝试迅速吸引了大批公司与组织的注意，开放软件基金会（Open Software Foundation，OSF）宣布下一代系统 OSF/1 将基于 Mach 的内核，NeXTSTEP 也将使用 Mach2.5，甚至 IBM 也打算利用 Mach 构建 Workplace OS 。苹果公司这个时候也出手了，苹果公司也从此基于 Mach2.5 打造其操作系统内核 XNU，XNU的构成如下图所示，Mach 作为内核的内环，外环右侧是苹果的驱动框架（I/O Kit），外环左侧是 BSD 的系统服务代码提供 UNIX 兼容的服务层，这三者共同协作向上层提供完整的系统服务。XNU 广泛地使用在苹果公司的 OSX、IOS等系统中。

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这个时候由于 UNIX 系统广泛使用带来的商业利益，此时 BSD 系统开发者与 UNIX 的拥有者 AT&T 陷入了法律大战，Mach 使用的 BSD 相关代码有了法律风险。
提升性能的期望和规避法律风险的需求推动着 Mach 3.0 的开发，Mach 3.0 的开发目标主要是为了替换 BSD 系统服务，同时尽量多地将系统服务放到内核之外去运行，成为名副其实的微内核设计。
经过众多开发者 3 年的努力，Mach 3.0 于 1990 年发布，但是由于在系统服务之间完全使用 IPC 通信，而不是向宏内核那样直接进行函数调用，即便是多处理器机器上运行也性能损失惨重，Mach 3.0 最多比 UNIX 损失 67% 运行效率，这导致 Mach 3.0 以及其所代表的第一代微内核设计被看衰。此后断断续续有在 Mach 的基础上对性能进行提升的尝试，但是均不太理想，至此 Mach 成为了微内核第一代先驱者。
第二代微内核：解决性能问题
第二代微内核的主要代表是 L3 和 L4，以及 QNX 系统使用的 Neutrino 内核。前面第一代的微内核 Mach 由于效率问题虽然失败了，但是微内核的理念并没有被放弃，德国的计算机科学家 Jochen Liedtke 认为 Mach 的 IPC 效率低下的原因就是因为 IPC 部分不够精简，于是他开发了 L3 和 L4 微内核，对 IPC 部分进行了很彻底的精简：
1. 内核的 IPC 机制只是单纯地传递信息，诸如安全权限检查这类的代码都省略掉，省略掉的功能全部由用户进程自己处理。如此一来 IP C功能部分的代码执行时间大大缩短；
2. IPC 不使用内存传递消息，而使用寄存器传递消息，同时限制 IPC 每次传递的信息长度，这样省去了对内存的访问时间。L4 微内核的 IPC 速度经过测试要比 Mach 快 20 倍，这个令人惊讶的优化效果吸引了众多的目光，使微内核的研究重新火热起来。后面 L4 内核又发展出了很多相关系统，比如 Pistachio、L4/MIPS 与 Fiasco 等等，这些内核组成了 L4 的大家族。

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第二代微内核的代表除了有 L4 内核，也还有其他微内核比如 Exokernel、Rambler 等，不过商业上最成功的则是目前黑莓公司旗下的 QNX 系统所使用的 Neutrino 内核（QNX，1980年诞生，最初以 QUICK UNIX 为名，后改为 QNX；2004 年 QNX 被 Harman 国际收购；2010 年 Harman 国际下被黑莓收购，QNX 成为黑莓旗下的资产），QNX 主要为高可靠领域提供解决方案，比如交通、能源、医疗、航天航空等。

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第三代微内核：主要重视安全问题等
在前面两代的基础上，第三代微内核蓬勃发展，许许多多微内核都被开发出来，主要代表有：seL4、Fiasco.OC、NOVA 等。
【鸿蒙操作系统用的微内核到底是什么？】本来第一代微内核的设计隔离了使内核安全性降低的系统服务，让系统服务漏洞不会影响内核，进而提高了内核安全性，可以说是关上了破坏系统的门，但是第二代系统却又给攻击者开了个窗户。