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批处理操作系统
“单道”和“多道”是操作系统中的两个重要概念，它们主要用于描述计算机系统如何管理和执行作业。理解这两个概念有助于我们认识操作系统的资源调度和效率提升方式。
1. 单道（Single-Programmed System）
单道系统是一种较早期的操作系统设计，在这种系统中，每次只能执行一个作业，其他作业需要等待当前作业完成后才能开始。
特点：
- 作业顺序执行：在单道系统中，作业是严格按顺序执行的，一个作业在运行时，其他作业必须等待其完成。
- 资源利用率低：由于计算机的资源（如CPU、内存、I/O设备）不能被并行利用，这导致在作业执行期间，如果某个作业进行I/O操作，CPU就会处于空闲状态，资源利用率较低。
- 早期计算机的主要模式：在上世纪60年代之前，单道系统是计算机的主流模式，因为当时的硬件和软件都比较简单，处理多道程序的复杂性较高。
举例：
在单道批处理系统中，假设用户提交了一批作业，操作系统会逐个将作业加载到内存并执行，等到该作业结束后，才会加载下一个作业。整个过程中，每次只有一个作业被执行，其他作业必须等待。
2. 多道（Multi-Programming System）
多道系统则是为了解决单道系统资源利用率低的问题而设计的。在多道系统中，多个作业可以同时驻留在内存中，当一个作业因I/O操作或等待其他资源时，操作系统可以切换到其他作业进行处理，从而提高CPU和资源的利用率。
特点：
- 并发处理：虽然系统中一次只能有一个作业在CPU上执行，但多个作业可以并发进行（即作业切换在不同作业间交替进行），从而提高了系统的吞吐量。
- 资源利用率高：当某个作业处于等待状态时（如等待I/O操作），操作系统可以将CPU分配给其他作业继续执行，使得CPU不再空闲，资源利用率大幅提升。
- 引入调度机制：由于多个作业同时驻留内存，操作系统需要通过调度算法来决定哪个作业优先执行，例如时间片轮转、优先级调度等。
3. 单道与多道的对比
| 特性 | 单道系统 | 多道系统 |
|---|---|---|
| 并发性 | 无并发性，只有一个作业在执行 | 支持并发，多道作业可以同时驻留在内存中 |
| CPU利用率 | 低，CPU在等待I/O时处于空闲状态 | 高，通过作业切换充分利用CPU资源 |
| 内存利用率 | 低，只有一个作业占用内存 | 高，多个作业同时驻留内存，内存得到充分利用 |
| 调度复杂度 | 简单，作业顺序执行，无需复杂的调度算法 | 较复杂，需要引入调度算法管理作业的执行顺序 |
| 历史背景 | 早期操作系统（如DOS）使用 | 现代操作系统（如Linux、Windows等）广泛使用 |
分时操作系统与实时操作系统
1. 分时操作系统（Time-Sharing Operating System）
概念：
分时操作系统是一种多任务操作系统，它允许多个用户通过终端同时共享计算机资源。系统为每个用户分配一个时间片（CPU 时间），当时间片用尽时，系统会切换到下一个用户或任务。通过快速的任务切换，分时操作系统使用户感觉自己独占了系统资源，尽管实际上这些资源是被多个用户共享的。
特点：
- 多任务并发：分时系统允许多个任务（程序）同时运行，并通过时间片轮转的方式实现任务的快速切换。
- 时间片调度：操作系统会为每个任务分配一个固定长度的时间片，当任务的时间片耗尽后，系统会自动切换到其他任务继续执行。
- 响应速度快：虽然一个时间片内的执行时间较短，但由于切换速度很快，用户感受到的响应延迟通常很低。
- 用户交互：分时操作系统通常面向多用户，提供了用户和系统之间的高效交互。用户可以在不同的终端上同时操作，系统能够公平地分配资源。
应用场景：
- 多用户计算机系统：如早期的大型主机系统，多个用户可以通过终端同时使用一台计算机进行程序开发、运行和数据处理。
- 交互性高的系统：如银行ATM系统、预订系统等，多个用户可以同时提交任务并获取系统响应。
举例：
- 早期的UNIX系统就是典型的分时操作系统。多个用户可以通过终端登录系统，并同时运行程序。系统通过分配时间片，快速在不同用户之间切换，让每个用户感觉自己独占了计算机。
2. 实时操作系统（Real-Time Operating System, RTOS）
概念：
实时操作系统是一种专门用于实时应用的操作系统，它要求在严格的时间限制内完成任务。RTOS需要保证系统的响应时间，对于某些关键任务，系统必须在规定的时间内完成，否则可能导致严重后果（例如航空控制系统、医疗设备等）。
特点：
- 确定性：实时操作系统必须保证在特定的时间内完成任务，确保系统具有可预测的响应时间，这一点是RTOS的核心要求。
- 任务优先级：RTOS通常会根据任务的重要性分配不同的优先级。高优先级任务可以抢占低优先级任务的CPU时间，以确保关键任务得到及时处理。
- 可预见性：无论系统当前的负载情况如何，RTOS必须能够在规定时间内完成任务，因此系统的行为是可预见的，不允许出现较长的延迟。
- 稳定性：在资源有限的情况下，RTOS需要有很高的稳定性和可靠性，保证任务按时完成。
实时操作系统的分类：
- 硬实时系统：在这种系统中，所有关键任务都必须在严格的时间限制内完成，否则系统将出现故障。例如，航空航天控制系统、心脏起搏器等都属于硬实时系统。
- 软实时系统：在这种系统中，虽然希望任务在规定时间内完成，但即使偶尔出现延迟，也不会导致系统崩溃。例如，多媒体播放系统、在线游戏等属于软实时系统。
应用场景：
- 工业控制系统：如自动化生产线、机器人控制系统，要求系统对外部事件（如传感器输入）做出实时响应。
- 交通控制系统：如航空控制系统、火车信号控制系统等，这些系统需要在非常短的时间内做出决策，确保安全。
- 医疗设备：如心脏监控器、生命体征监控系统等，必须在生命受到威胁时迅速做出反应。
3. 分时操作系统与实时操作系统的对比
| 特性 | 分时操作系统 | 实时操作系统 |
|---|---|---|
| 任务调度 | 基于时间片，按顺序轮流分配CPU时间 | 基于优先级，关键任务可抢占CPU |
| 响应时间 | 快速响应，但不保证在严格的时间限制内完成 | 保证在严格的时间限制内完成任务 |
| 多任务处理 | 支持多个任务并发运行，通过任务切换实现 | 支持并发，但重点是确保关键任务按时完成 |
| 确定性 | 无确定性，任务完成时间不固定 | 高确定性，任务必须在规定时间内完成 |
| 应用场景 | 多用户系统、交互性高的系统 | 关键任务控制系统，如工业、医疗、交通等 |
| 优先级处理 | 通常不支持复杂的优先级机制 | 支持任务优先级调度，高优先级任务抢占 |
4. 实际应用中的例子
- 分时操作系统：现代的通用操作系统如Linux、Windows都具有分时操作的能力，尤其是在多用户场景中。用户可以同时运行多个应用程序，系统通过分时调度在不同任务之间切换。
- 实时操作系统：工业领域的自动化控制系统使用RTOS，要求快速响应外部事件。例如，火箭发射控制系统必须确保每一个指令在严格的时间内执行，以保证发射过程的顺利进行。
总结：
- 分时操作系统注重的是公平性和响应速度，它通过时间片轮转为多个用户或任务提供服务，适合多用户、多任务的交互性场景。
- 实时操作系统则注重确定性和任务的及时性，它必须确保关键任务能够在规定时间内完成，适用于对时间要求严格的系统。
网络操作系统和分布式计算机系统
1. 网络操作系统（Network Operating System, NOS）
概念：
网络操作系统是为支持多台计算机通过网络进行通信和资源共享而设计的操作系统。这种操作系统通常用于局域网（LAN）或广域网（WAN）环境下的多台计算机，允许用户通过网络共享文件、打印机和其他资源，并实现网络安全、用户管理和通信功能。
特点：
- 资源共享：网络操作系统允许用户共享网络中的资源，如文件、打印机、应用程序等。服务器管理这些资源，并将它们分配给网络上的客户端计算机。
- 集中管理：网络操作系统通常提供集中管理功能，允许管理员通过一台服务器管理整个网络中的用户、资源和安全策略。
- 安全性：通过用户认证、访问控制列表（ACL）和权限管理等功能，NOS确保只有授权用户才能访问共享资源。
- 通信功能：网络操作系统还支持网络通信，如电子邮件、即时消息和文件传输等，便于用户之间的交互。
应用场景：
- 企业网络：在企业环境中，服务器使用网络操作系统来提供文件共享、数据库访问、电子邮件、打印机共享等服务。
- 学校网络：学校的计算机实验室或办公网络使用网络操作系统集中管理学生和教师的账户，并共享资源。
- 小型办公室/家庭办公（SOHO）网络：网络操作系统在小型办公环境中管理共享设备和文件。
常见网络操作系统：
- Windows Server：微软提供的用于企业网络环境的操作系统，提供了文件共享、打印机共享、用户和权限管理等功能。
- Linux-based NOS：如Ubuntu Server、Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 等，也广泛用于网络环境，提供灵活的配置和高效的资源管理。
- Novell NetWare：曾广泛使用的网络操作系统，提供文件和打印服务，虽然近年来使用减少，但它在网络操作系统发展史上占有重要地位。
2. 分布式计算机系统（Distributed Computing System）
概念：
分布式计算机系统是一种由多个独立的计算机通过网络连接组成的系统，这些计算机协同工作以完成共同任务。分布式系统中的计算机在逻辑上是一个整体，它们分布在不同的物理位置，并通过通信网络进行协调和任务分配。
特点：
- 分布性：分布式系统中的计算资源和任务分布在不同的计算机上，计算机之间通过网络通信进行协作。用户通常感知不到这些计算机是分布式的，而是将它们看作一个整体。
- 并行处理：分布式系统能够将复杂的任务分解为多个子任务，由多台计算机并行处理，从而提高系统的处理能力和效率。
- 容错性和高可用性：由于任务分布在多个计算机上，即使某些节点出现故障，其他节点仍然可以继续工作，这使得分布式系统具有较高的容错性和可用性。
- 透明性：分布式系统中的计算机协作时，系统通常对用户隐藏底层的细节，用户不需要了解任务是在哪台计算机上处理的。这种透明性可以表现在数据访问、位置、迁移和复制等多个方面。
分布式系统的透明性类型：
- 位置透明性：用户不需要知道资源在哪个位置，系统自动定位并访问资源。
- 访问透明性：资源访问方式对用户一致，不论资源是本地还是远程。
- 容错透明性：系统在节点故障时仍能正常运行，用户不感知故障。
- 并发透明性：多个用户或应用可以同时访问和修改资源，而不会发生冲突。
应用场景：
- 大规模科学计算：如气象预测、基因分析、天文数据处理等，分布式计算系统通过并行处理大规模数据来提高计算效率。
- 互联网服务：搜索引擎、社交媒体、在线银行等互联网服务背后通常都有庞大的分布式系统支持，确保系统在高负载下的稳定运行和快速响应。
- 分布式数据库：如Google的Bigtable、Amazon的DynamoDB，这些分布式数据库系统通过将数据分散存储在多个节点上，提高数据存取的可靠性和速度。
常见的分布式计算框架：
- Hadoop：一个开源的分布式计算框架，广泛应用于大数据处理。
- Spark：一个支持内存计算的分布式处理框架，能够加速大数据计算。
- Apache Kafka：用于构建实时数据管道和流处理的分布式流平台。
3. 网络操作系统与分布式计算机系统的对比
| 特性 | 网络操作系统（NOS） | 分布式计算机系统 |
|---|---|---|
| 系统结构 | 基于服务器-客户端模型，多个用户共享网络资源 | 各计算机平等协作，逻辑上作为一个整体 |
| 资源管理 | 通过服务器集中管理文件、打印机等资源 | 资源分布在不同节点，多个节点协同管理 |
| 任务处理 | 用户独立操作，任务通常不跨节点执行 | 任务可分布在多个节点上并行处理 |
| 故障处理 | 通常依赖单个服务器，服务器故障会影响整个系统 | 容错性强，部分节点故障不会影响系统整体运行 |
| 应用场景 | 资源共享、文件和设备管理，企业或家庭网络 | 科学计算、分布式数据库、互联网服务等 |
4. 实际应用中的例子
-
网络操作系统：企业的文件服务器使用Windows Server进行文件共享管理，员工可以通过网络访问文件和打印机。系统通过集中管理为每位用户分配权限，确保信息安全。
-
分布式计算机系统：如谷歌的搜索引擎，它背后是一个分布式计算系统，数千台服务器同时处理用户的搜索请求，并在几毫秒内给出结果。分布式系统确保即使某些服务器出现故障，用户的搜索体验也不会受到影响。
总结：
- 网络操作系统旨在为用户提供网络资源的共享和管理功能，适合多用户环境下的文件共享和资源分配，常见于企业、学校等环境。
- 分布式计算机系统则侧重于多个计算机协作执行任务，通过并行处理提高系统的处理能力，广泛应用于科学计算、互联网服务和大数据处理等领域。
操作系统的运行机制
特权指令和非特权指令
1. 特权指令（Privileged Instructions）
概念：
特权指令是指只能在特权级别下执行的CPU指令，通常只有操作系统内核（内核态，Kernel Mode）能够执行这些指令。它们主要用于访问或操作系统的关键资源（如内存、CPU、I/O设备等），以确保系统的安全性和稳定性。
特点：
- 限制执行：普通用户程序（用户态，User Mode）不能直接执行特权指令，否则会引发异常（Exception）或中断。
- 内核态执行：只有在操作系统的内核态下，特权指令才能被执行，保证了这些操作的安全性和合法性。
- 关键资源管理：特权指令负责系统中关键资源的管理，包括内存分配、进程切换、设备管理、I/O操作等。
常见的特权指令类型：
- I/O操作指令：控制输入输出设备（如读写硬盘、控制打印机等）的指令需要特权。例如，
IN和OUT指令。 - 内存管理指令：修改页表、段表等与内存管理相关的指令属于特权指令。内核需要这些指令来管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
- 中断控制指令：开启、关闭中断的指令，以及设置中断向量表的指令。
- CPU状态修改指令：包括改变CPU工作模式（从用户态切换到内核态或反之）、设置时钟等指令。
应用场景：
- 操作系统内核：特权指令通常由操作系统内核执行，用于管理计算机硬件资源和提供基础服务。操作系统通过特权指令来调度任务、管理内存、处理I/O操作等。
- 硬件设备访问：如磁盘读写、网络设备数据传输等，涉及硬件资源的操作通常都需要通过特权指令来完成。
2. 非特权指令（Non-Privileged Instructions）
概念：
非特权指令是指任何程序（包括用户程序）都可以执行的CPU指令。这些指令不会影响操作系统的关键资源，主要用于普通应用程序执行常规的计算任务。
特点：
- 开放执行：非特权指令可以在用户态下执行，不需要操作系统内核的权限。
- 普通操作：这些指令通常执行诸如数据运算、控制流（如跳转、循环）、内存访问等操作，不涉及对硬件资源的直接控制。
- 安全性：即使用户程序执行非特权指令，也不会对操作系统的稳定性和安全性造成威胁。
常见的非特权指令类型：
- 算术运算指令：如加法、减法、乘法、除法等操作。例如，
ADD、SUB、MUL等指令。 - 逻辑运算指令：包括与（AND）、或（OR）、非（NOT）等操作。
- 数据传送指令：在寄存器和内存之间传送数据的指令。例如，
MOV、PUSH、POP等。 - 程序控制指令：跳转、条件判断等控制程序执行流程的指令。例如，
JMP、CALL、RET等。
应用场景：
- 应用程序执行：用户态的应用程序执行各种运算、数据处理等操作，使用的指令通常是非特权指令。这些指令负责应用程序的核心逻辑处理，而无需直接与硬件打交道。
- 普通任务处理：普通计算任务（如加法、循环、条件判断等）都通过非特权指令执行，不会影响操作系统的安全性。
3. 特权指令和非特权指令的对比
| 特性 | 特权指令 | 非特权指令 |
|---|---|---|
| 执行权限 | 仅在操作系统内核态下执行 | 在用户态和内核态都可执行 |
| 资源管理 | 涉及对硬件资源（如I/O设备、内存、CPU模式等）的管理 | 不涉及硬件资源管理，主要执行常规计算 |
| 执行场景 | 操作系统内核、系统调用、I/O管理 | 用户程序、普通应用 |
| 安全性 | 只能由操作系统执行，防止普通用户直接控制系统资源 | 对系统安全性无威胁，任何程序都可以执行 |
| 示例指令 | I/O控制、内存管理、中断控制等 | 算术运算、逻辑操作、跳转指令等 |
用户态与内核态
由于特权指令能够直接影响系统的关键资源，因此操作系统通过CPU模式来限制这些指令的执行：CPU中有个寄存器，程序状态字寄存器，有一位，1用户态，0内核态
- 用户态（User Mode）：目态在用户态下，程序只能执行非特权指令。如果用户程序尝试执行特权指令，系统将触发异常，防止不当操作。特权指令，操作系统让出CPU使用权
- 内核态（Kernel Mode）：核心态，管态。操作系统在内核态下运行，拥有完全的控制权限，可以执行所有指令，包括特权指令。由中断引发，自动完成。
中断与异常
内中断与外中断的对比
| 特性 | 内中断 （异常） | 外中断 |
|---|---|---|
| 触发来源 | 由CPU执行过程中出现的内部事件触发 | 由外部硬件设备或定时器等外部事件触发 |
| 常见触发原因 | 除零错误、非法指令、系统调用、缺页错误等 | I/O操作、定时器中断、键盘输入、设备故障等 |
| 触发时机 | CPU执行指令过程中产生，通常是可预见的 | 异步产生，不依赖于CPU执行状态，通常是不可预见的 |
| 发生位置 | 发生在CPU内部 | 由外部设备通过中断控制器发送给CPU |
| 处理方式 | 操作系统中断服务程序处理，涉及程序错误或请求 | 操作系统中断服务程序处理，通常涉及外部事件 |
| 示例 | 系统调用、缺页中断、非法指令 | 键盘输入中断、时钟中断、硬盘I/O中断 |
内中断与外中断的处理流程
内中断的处理流程：
- CPU检测到程序执行过程中出现错误或特殊请求（如系统调用、除零错误等）。
- CPU暂停当前程序的执行，保存程序的状态（如程序计数器和寄存器内容）。
- CPU跳转到操作系统中的中断处理程序，处理该中断（如处理系统调用、解决缺页错误等）。
- 中断处理完成后，CPU恢复程序状态，继续执行被暂停的程序。
外中断的处理流程：
- 硬件设备通过中断控制器（Interrupt Controller）向CPU发送中断请求。
- CPU收到中断请求，保存当前程序的状态。
- CPU跳转到操作系统中的中断处理程序，处理外部事件（如读取键盘输入、处理定时器中断等）。
- 中断处理完成后，CPU恢复程序状态，继续执行原程序。
系统调用
系统调用（System Call）是操作系统与应用程序之间的接口，是用户态程序请求操作系统执行某些任务（如文件操作、进程控制、设备管理等）的途径。由于操作系统直接控制硬件资源，而用户程序通常运行在受限的用户态（User Mode），无法直接访问这些资源，因此必须通过系统调用进入操作系统的内核态（Kernel Mode），以便安全地执行这些操作。
1. 系统调用的概念和机制
- 中断机制：系统调用通常通过触发软件中断（也称为陷入中断，Trap）来实现。用户程序执行系统调用时，会发出中断信号，CPU通过中断向量将控制权转交给操作系统的中断处理程序，进入内核态，操作系统再根据请求执行相应的操作。
系统调用的执行流程：
- 用户程序发起请求：用户程序调用某个系统调用库函数（例如
open()函数请求打开文件）。 - 触发陷入中断：系统调用库函数会发出中断请求，通过软件中断进入操作系统内核。
- 进入内核态：CPU从用户态切换到内核态，操作系统获取控制权。
- 操作系统执行请求：操作系统根据系统调用号，识别用户的请求，执行相应的操作（如打开文件、分配内存、读写数据等）。
- 返回结果：操作系统处理完请求后，返回处理结果（如文件描述符、状态码等），并将控制权交还给用户程序。
- 恢复用户态：CPU从内核态切换回用户态，用户程序继续执行。
2. 常见的系统调用类型
1. 文件管理（File Management）
文件管理相关的系统调用允许用户程序创建、删除、读写文件等操作。
open()：打开文件。read()：从文件中读取数据。write()：向文件中写入数据。close()：关闭文件。
2. 进程控制（Process Control）
进程控制系统调用负责创建、终止、管理进程等。
fork()：创建子进程。exec()：在进程中执行另一个程序。exit()：终止进程。wait()：等待子进程的结束。
3. 设备管理（Device Management）
设备管理系统调用允许程序访问和控制外部设备（如硬盘、打印机、显示器等）。
ioctl()：控制设备操作。read()：从设备中读取数据。write()：向设备中写入数据。
4. 内存管理（Memory Management）
内存管理相关的系统调用用于分配和释放内存。
mmap()：映射内存区域。munmap()：取消映射内存区域。brk()：调整进程的数据段大小。
5. 网络管理（Network Management）
网络管理系统调用允许用户程序进行网络通信，如套接字编程。
socket()：创建一个网络套接字。bind()：绑定套接字到地址。listen()：监听套接字连接。accept()：接受套接字连接请求。send()和recv()：发送和接收数据。
6. 信息获取（Information Maintenance）
这些系统调用提供获取系统信息的功能，例如获取当前时间、进程状态等。
getpid()：获取当前进程的PID。gettimeofday()：获取当前系统时间。uname()：获取操作系统版本信息。
3. 系统调用和库函数的区别
- 系统调用是操作系统提供的接口，而库函数是用户态的接口，它们是不同的层次。系统调用由内核执行，而库函数是在用户空间运行的函数。
- 库函数可以调用系统调用，但不一定每个库函数都直接对应一个系统调用。许多库函数可能只是对多个系统调用的封装。
例如，printf()函数是一个标准库函数，它在执行时会调用write()系统调用将数据写入标准输出。
操作系统的内核
1. 大内核（Monolithic Kernel）
概念：
大内核是一种将操作系统的所有核心功能和服务（如进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动等）全部集成在一个大的内核中运行的架构。内核中的各个模块共享同一个地址空间，所有系统调用都在内核态中直接进行。
特点：
- 内核功能丰富：大内核包含操作系统所需的所有核心功能，包括进程调度、内存管理、设备驱动、文件系统等。
- 模块直接调用：由于所有模块运行在内核态，它们可以相互直接调用而不需要额外的上下文切换。
- 性能较高：模块之间的调用非常快速，不需要复杂的通信机制，因此在性能上比微内核更好。
优点：
- 高效：由于内核态中所有功能模块可以直接访问硬件资源，因此系统调用的速度快，性能高。
- 成熟的设计：大多数传统的操作系统（如Linux、Unix）使用大内核架构，具有多年验证的稳定性。
缺点：
- 内核体积庞大：随着操作系统功能的增加，内核代码也变得复杂且庞大。
- 安全性差：由于所有模块共享同一个地址空间，如果一个模块出错（如设备驱动崩溃），可能导致整个系统崩溃。
- 扩展性差：更新或增加内核模块（如驱动程序）通常需要重新编译并重启系统。
代表系统：
- Linux
- Unix
- BSD（Berkeley Software Distribution）
2. 微内核（Microkernel）
概念：
微内核将操作系统的功能分离成最小的核心组件，内核只负责最基本的任务（如进程管理、内存管理、进程间通信等），而其他功能（如文件系统、设备驱动、网络协议等）都移到用户态运行，依靠消息传递进行通信。
特点：
- 极简的内核设计：微内核只保留最基础的功能，其他操作系统服务都运行在用户态，内核空间仅保留核心管理功能。
- 模块间通信依赖消息传递：不同模块之间的通信通过消息传递来完成，而非直接调用。
- 增强的安全性和稳定性：由于大部分操作系统服务运行在用户态，某个模块崩溃不会影响整个系统。
优点：
- 内核体积小：内核非常简洁，容易调试和维护，代码量少。
- 稳定性和安全性高：即使用户态的某个服务崩溃，系统也不会崩溃，只需要重启相关服务即可。
- 模块化强：系统易于扩展和更新，不需要重启整个系统就可以添加或修改服务。
缺点：
- 性能较低：由于用户态服务与内核之间频繁需要通过消息传递，增加了通信开销，降低了系统性能。
- 复杂的设计与实现：模块间的消息传递机制需要更加复杂的设计和实现，相较于大内核，开发难度更大。
代表系统：
- MINIX
- QNX
- Mach（影响了后来的macOS和iOS）
3. 大内核与微内核的对比
| 特点 | 大内核（Monolithic Kernel） | 微内核（Microkernel） |
|---|---|---|
| 内核功能 | 包含所有操作系统服务 | 只包含基础功能，其他服务在用户态 |
| 性能 | 性能较高，模块直接调用 | 性能较低，依赖消息传递进行模块通信 |
| 扩展性 | 扩展性差，修改或添加服务需要重启 | 扩展性强，模块化设计，易于更新和维护 |
| 稳定性和安全性 | 如果内核中的某个模块崩溃，整个系统崩溃 | 某个模块崩溃不会影响整个系统 |
| 通信机制 | 内部直接调用，速度快 | 模块间使用消息传递，增加了通信开销 |
| 开发难度 | 相对简单，但随着功能增加，复杂度也上升 | 设计复杂，模块化开发难度较大 |
| 代表系统 | Linux、Unix、BSD | MINIX、QNX、Mach |
体系架构对比
