一、内核结构

操作系统内核也有两种类别：大内核结构、微内核结构

 

大内核结构：也叫宏内核/单内核。将操作系统的主要功能模块都作为操作系统内核。大内核结构包括进程管理、存储器管理、设备管理等功能（第四层）和时钟管理、中断处理、原语（第五层）。

大内核优点：性能更高（CPU状态转换次数更少）

大内核缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护 

 

微内核结构：只将最基本的操作系统功能保留在内核内。包括时钟管理、中断处理和原语（第五层）。

微内核优点：内核功能少，结构清晰，易于维护

微内核缺点：性能低，CPU需要频繁地在内核态与用户态之间切换 

 

补充：为什么大内核结构CPU状态切换次数更少？

如下图，如果一个应用程序需要请求操作系统服务，该服务同时涉及到进程管理、存储器管理以及设备管理，那么在大内核结构下，CPU只需要从用户态切换到内核态就可以使用这些服务，然后再切换回用户态，总共共需要2次切换；而在微内核结构下，每使用一种服务就需要切换两次，总共需要切换6次切换。

二、分层结构 

 

最底层是硬件，最高层是用户接口。

高层可以调用相邻的用户接口。

分层结构优点：

1.便于调试和验证，自下向上逐层验证

2.易于扩充与维护，各层之间调用接口清晰固定

分层结构缺点：

1.难以合理定义各层之间的边界

2.效率低，仅可调用相邻低层，系统调用执行时间很长

三、模块化结构

 

将操作系统内核划分为多个模块，各个模块之间相互协作。

操作系统内核=主模块+可加载模块

主模块：负责操作系统核心功能，如进程调度，内存管理

可加载模块：可动态加载新模块到操作系统内核中，无需重新编译整个内核，如设备驱动程序

模块化结构优点：

1.模块间逻辑清晰，易于维护，确定模块间接口后可多模块开发

2.支持动态加载新的内核模块，增强系统的适应性

3.效率高，任意模块都可以调用其他模块

模块化结构缺点：

1.模块之间的接口普定义未必合理实用

2.模块间相互依赖，难以调试和验证

四、外核结构

外核负责为用户进程分配未经抽象的硬件资源，并且负责保证资源使用安全 。

 

什么是未经抽象的硬件资源？

即一片连续的存储空间，相比于不连续的空间使用效率更高。

 

外核结构优点：

1.可以直接给用户进程分配不虚拟、不抽象的硬件资源，用户进程更加灵活高效地使用硬件资源

2.减少虚拟硬件资源的映射层，提升效率（映射层：普通操作系统给用户进程分配的都是虚拟的硬件资源，比如虚拟内存，用户进程在访问自己的地址空间时只能提供虚拟地址，要想获得实际的物理地址，操作系统必须去查页表）

外核结构缺点：

1.降低了系统的一致性。有的进程分配了虚拟的地址，有的进程分配了实际的物理地址。

2.操作系统更加复杂