编辑“内核”

'''内核'''（Kernel）在[[计算机科学]]中是[[操作系统]]最基本的部分，主要负责管理系统资源。

==简介==
内核是为众多[[应用程序]]提供对[[计算机]][[硬件]]的安全访问的一部分[[软件]]，这种访问是有限的，并由内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。直接对硬件操作是非常复杂的。所以内核通常提供一种硬件抽象的方法，来完成这些操作。通过进程间通信机制及系统调用，应用进程可间接控制所需的硬件资源（特别是处理器及IO设备）。

严格地说，内核并不是计算机系统中必要的组成部分。程序可以直接地被调入计算机中执行；这样的设计，说明了设计者不希望提供任何硬件抽象和操作系统的支持；它常见于早期计算机系统的设计中。最终，一些辅助性程序，例如程序加载器和调试器，被设计到机器核心当中，或者写入在只读存储器里。这些变化发生时，操作系统内核的概念就渐渐明晰起来了。

==内核的分类==
*单内核： 它为潜在的硬件，提供了大量完善的硬件抽象操作。
*微内核 ：只提供了很小一部分的硬件抽象，大部分功能由一种特殊的用户态程序：服务来完成。
*混合内核 ：它很像微内核结构，只不过它的的组件更多的在核心态中运行，以获得更快的执行速度。
*外内核 ：这种内核不提供任何硬件抽象操作，但是允许为内核增加额外的运行库，通过这些运行库应用程序可以直接地或者接近直接地对硬件进行操作。

以下将对不同各类的内核进行详细解析：
===单内核===
单内核结构在硬件之上，定义了一个高阶的抽象界面，应用一组原语(或者叫系统调用)来实现操作系统的功能，例如[[进程]]管理，文件系统，和存储管理等等，这些功能由多个运行在核心态的模块来完成。

尽管每一个模块都是单独地服务这些操作，内核代码是高度集成的，而且难以编写正确。因为所有的模块都在同一个内核空间上运行，一个很小的Bug都会使整个系统崩溃。然而，如果开发顺利，单内核结构就可以从运行效率上得到好处。

很多现代的单内核结构内核，如[[Linux]]和FreeBSD内核，能够在运行时将模块调入执行，这就可以使扩充内核的功能变得更简单，也可以使内核的核心部分变得更简洁。

单内核结构的例子：
*传统的[[UNIX]]内核，例如伯克利大学发行的版本
*Linux内核
*MS-DOS, Windows 9x (Windows 95, 98, Me)

===微内核===
微内核结构由一个非常简单的硬件抽象层和一组比较关键的原语或系统调用组成；这些原语，仅仅包括了创建一个系统必需的几个部分；如 线程管理，地址空间和进程间通信等。

微核的目标是将系统服务的实现和系统的基本操作规则分离开来。例如，进程的输入/输出锁定服务可以由运行在微核之外的一个服务组件来提供。这些非常模块化的用户态服务器用于完成操作系统中比较高级的操作，这样的设计使内核中最核心的部分的设计更简单。一个服务组件的失效并不会导致整个系统的崩溃，内核需要做的，仅仅是重新启动这个组件，而不必影响其它的部分

微内核将许多OS服务放入分离的进程,如文件系统,设备驱动程序,而进程通过消息传递调用OS服务.微内核结构必然是多线程的,第一代微内核,在核心提供了较多的服务,因此被称为'胖微内核',它的典型代表是MACH,它既是GNU HURD也是APPLE SERVER OS 的核心,可以说,蒸蒸日上.第二代微内核只提供最基本的OS服务,典型的OS是QNX,QNX在理论界很有名,被认为是一种先进的OS.

微内核结构的例子：
*AIX
*BeOS
*L4微内核系列
*Mach, 用于GNU Hurd和Mac OS X
*Minix
*MorphOS
*QNX
*RadiOS
*VSTa

====单内核与微内核的比较====
单内核结构是非常有吸引力的一种设计，由于在同一个地址空间上实现所有复杂的低级操作系统控制代码的效率会比在不同地址空间上实现更高些。

20世纪90年代初，单内核结构被认为是过时的。把Linux设计成为单内核结构而不是微内核，引起了无数的争议(参见塔能鲍姆-林纳斯辩论)。

现在，单核结构正倾向于设计不容易出错，所以它的发展会比微内核结构更迅速些。两个阵营中都有成功的案例。微核经常被用于机器人和医疗器械的嵌入式设计中，因为它的系统的关键部分都处在相互分开的，被保护的存储空间中。这对于单核设计来说是不可能的，就算它采用了运行时加载模块的方式。

尽管Mach是众所周知的多用途的微内核，人们还是开发了除此之外的几个微内核。L3是一个演示性的内核，只是为了证明微内核设计并不总是低运行速度。它的后续版本L4，甚至可以将Linux内核作为它的一个进程，运行在单独的地址空间。

QNX是一个从20世纪80年代，就开始设计的微内核系统。它比Mach更接近微内核的理念。它被用于一些特殊的领域；在这些情况下，由于软件错误，导致系统失效是不允许的。例如航天飞机上的机械手，还有研磨望远镜镜片的机器，一点点失误就会导致上千美元的损失。

很多人相信，由于Mach不能够解决一些提出微内核理论时针对的问题，所以微内核技术毫无用处。Mach的爱好者表明这是非常狭隘的观点，遗憾的是似乎所有人都开始接受这种观点。

==混合内核==
混合内核实质上是微内核，只不过它让一些微核结构运行在用户空间的代码运行在内核空间，这样让内核的运行效率更高些。这是一种妥协做法，设计者参考了微内核结构的系统运行速度不佳的理论。然而后来的实验证明，纯微内核的系统实际上也可以是高效率的。大多数现代操作系统遵循这种设计范畴，微软视窗就是一个典型的例子。另外还有XNU，运行在苹果Mac OS X上的内核，也是一个混合内核。

混合内核的例子：
*Windows NT、Windows 2000、[[Windows XP]]、Windows Server 2003以及Windows Vista和Windows 7等基于NT技术的微软视窗操作系统
*BeOS 内核
*DragonFly BSD
*ReactOS 内核
*XNU

一些人认为可以在运行时加载模块的单核系统和混合内核系统没有区别。这是不正确的。混合意味着它从单核和微核系统中都吸取了一定的设计模式，例如一些非关键的代码在用户空间运行，另一些在内核空间运行，单纯是为了效率的原因。

==外内核==
外内核系统，也被称为纵向结构操作系统，是一种比较极端的设计方法。

它的设计理念是让用户程序的设计者来决定硬件接口的设计。外内核本身非常的小，它通常只负责系统保护和系统资源复用相关的服务。

传统的内核设计(包括单核和微核)都对硬件作了抽象，把硬件资源或设备驱动程序都隐藏在硬件抽象层下。比方说，在这些系统中，如果分配一段物理存储，应用程序并不知道它的实际位置。而外核的目标就是让应用程序直接请求一块特定的物理空间，一块特定的磁盘块等等。系统本身只保证被请求的资源当前是空闲的，应用程序就允许直接访问它。既然外核系统只提供了比较低级的硬件操作，而没有像其他系统一样提供高级的硬件抽象，那么就需要增加额外的运行库支持。这些运行库运行在外核之上，给用户程序提供了完整的功能。

理论上，这种设计可以让各种操作系统运行在一个外核之上，如[[Windows]]和Unix。并且设计人员可以根据运行效率调整系统的各部分功能。

现在，外核设计还停留在研究阶段，没有任何一个商业系统采用了这种设计。几种概念上的操作系统正在被开发，如剑桥大学的Nemesis，格拉斯哥大学的Citrix系统和瑞士计算机科学院的一套系统。麻省理工学院也在进行着这类研究。

==浏览器内核简介==
[[浏览器]]的核心作用就是用来上网浏览，因此它对页面载入速度的快慢，直接影响到我们的使用。

一款优秀的网页浏览器，不仅要具备美观大方的外表，还必须能够以较快的速度载入用户访问的[[网页]]，将页面的内容完整地呈现在窗口中。或者，在这里我们可以说一个出色的浏览器，其内核必须拥有良好的解析速度。

通常所谓的浏览器内核也就是浏览器所采用的渲染引擎，渲染引擎决定了浏览器如何显示网页的内容以及页面的格式信息。不同的浏览器内核对网页编写语法的解释也有不同，因此同一网页在不同的内核的浏览器里的渲染（显示）效果也可能不同，这也是网页编写者需要在不同内核的浏览器中测试网页显示效果的原因。

===常用浏览器内核介绍===
浏览器内核很多，如果加上所有的几乎没有什么人在用的非商业的免费内核，那么可能大约有10款以上甚至更多，不过通常我们比较常见的大约只有以下四种，下面先简单介绍一下。

*Trident： [[IE]]浏览器使用的内核,该内核程序在1997年的IE4中首次被采用，是微软在Mosaic代码的基础之上修改而来的，并沿用到目前的IE7。Trident实际上是一款开放的内核，其接口内核设计的相当成熟，因此才有许多采用IE内核而非IE的浏览器涌现。此外，为了方便也有很多人直接简称其为IE内核（当然也不排除有部分人是因为不知道内核名称而只好如此说）。

由于IE本身的“垄断性”（虽然名义上IE并非垄断，但实际上，特别是从Windows 95年代一直到XP初期，就市场占有率来说IE的确借助Windows的东风处于“垄断”的地位）而使得Trident内核的长期一家独大，微软很长时间都并没有更新Trident内核，这导致了两个后果——一是Trident内核曾经几乎与W3C标准脱节（2005年），二是Trident内核的大量Bug等安全性问题没有得到及时解决，然后加上一些致力于开源的开发者和一些学者们公开自己认为IE浏览器不安全的观点，也有很多用户转向了其他浏览器，[[Firefox]]和[[Opera]]就是这个时候兴起的。

非Trident内核浏览器的市场占有率大幅提高也致使许多网页开发人员开始注意网页标准和非IE浏览器的浏览效果问题。使用Trident内核的浏览器大量出现，除了常见的IE、Maxthon、TT等，还有GreenBrowser、AvantBrowser等等

*Geckos： Netcape6开始采用的内核，后来的Mozilla FireFox也采用了该内核，Geckos的特点是代码完全公开，因此，其可开发程度很高，全世界的程序员都可以为其编写[[代码]]，增加功能。而且这个内核跟Mosaic的关系更深，或者说事实上现在的Netscape Navigator已经改用这个内核了，因此Firefox的插件能够在Navigator上使用——当然，不是所有的都能兼容。因为这是个开源内核，因此受到许多人的青睐，Geckos内核的浏览器也很多，这也是Geckos内核虽然年轻但市场占有率能够迅速提高的重要原因。

事实上，Geckos引擎的由来跟IE不无关系，前面说过IE没有使用W3C的标准，这导致了微软内部一些开发人员的不满；他们与当时已经停止更新了的Netscape的一些员工一起创办了Mozilla，以当时的Mosaic内核为基础重新编写内核，于是开发出了Geckos。不过事实上，Gecko内核的浏览器仍然还是Firefox用户最多，所以有时也会被称为Firefox内核。此外Gecko也是一个跨平台内核，可以在Windows、BSD、Linux和Mac OS X中使用。

*Presto：目前Opera采用的内核，该内核在2003年的Opera7中首次被使用，也是由Opera Software开发出来的用以代替早期的Elektra内核（Opera 4～6）。该款引擎的特点就是渲染速度的优化达到了极致，也是目前公认网页浏览速度最快的浏览器内核，然而代价是牺牲了网页的兼容性。

它实际上这是一个动态内核，与前面几个内核的最大的区别就在[[脚本]]处理上，Presto有着天生的优势，页面的全部或者部分都能够在回应脚本事件时等情况下被重新解析。此外该内核在执行[[JavaScript]]的时候有着最快的速度，根据在同等条件下的测试，Presto内核执行同等Javascrīpt所需的时间仅有Trident和Gecko内核的约1/3（Trident内核最慢，不过两者相差没有多大）。

*Webkit：[[苹果公司]]自己的内核，也是苹果的Safari浏览器使用的内核。 Webkit引擎包含WebCore排版引擎及JavascrīptCore解析引擎，均是从KDE的KHTML及KJS引擎衍生而来，它们都是自由软件，在GPL条约下授权，同时支持BSD系统的开发。所以Webkit也是自由软件，同时开放源代码。在安全方面不受IE、Firefox的制约，所以Safari浏览器在国内还是很安全的。

限于Mac OS X的使用不广泛和Safari浏览器曾经只是Mac OS X的专属浏览器，这个内核本身应该说市场范围并不大；但似乎根据最新的浏览器调查表明，该浏览器的市场甚至已经超过了Opera的Presto了——当然这一方面得益于苹果转到x86架构之后的人气暴涨，另外也是因为Safari 3终于推出了Windows版的缘故吧。

==相关条目==
*[[应用程序]]
*[[线程]]
*[[缓存]]

==参考来源==
*[http://blog.ce.cn/html/25/106825-128167.html 参考来源1]
*[http://baike.baidu.com/view/1366.htm 参考来源2]
*[http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%86%85%E6%A0%B8 参考来源3]

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