2019年8月9日華為 餘承東 釋出HarmonyOS 1.0，HarmonyOS的釋出將一個計算機領域內非常專業的詞帶到了廣大公眾的視線內，這就是微核心。
事實上，微核心並不是一個新概念。早在1969年，UNIX系統開始設計的時候，類似微核心架構的作業系統就已經出現。1969年，丹麥電腦科學家Per Brinch Hansen開發的RC 4000 Multiprogramming System作業系統，是歷史上第一次將作業系統元件分離為各個相互互動的元件，將核心簡化為僅用於通訊和支援系統，並使用管道共享記憶體作為其程式間通訊的基礎。如今回看RC 4000 Multiprogramming System雖然其本身並不是很成功，但激發了微核心概念。
繼續HarmonyOS的話題，看了HarmonyOS 1.0釋出會回放後，我有一個疑問：
什麼是單核心，什麼又是微核心，微核心相比於單核心真的有如此大的優勢嗎？
華為HarmonyOS 1.0釋出會直播回放：
https://www.bilibili.com/video/av62950256/
一、作業系統
瞭解微核心與單核心之前，首先了解一下作業系統？
作業系統（Operating System）是現代計算平臺的基礎與核心支撐系統，負責管理硬體資源（包括輸入輸出裝置的初始化、分配與回收）、控制程式執行、改善人機互動以及為上層應用軟體提供執行環境等。作業系統作為計算機之“魂”，是釋放硬體能力、構建應用生態的基礎。
從應用的角度看，作業系統的作用：一是服務於應用，二是管理應用。
- 一方面作業系統提供各種不同層次、不同功能的介面，以滿足上層應用的需求。
- 另一方面，作業系統負責對應用生命週期進行管理，包括初始化、啟動、排程、切換、銷燬等。
從硬體的角度看，作業系統主要包含兩類功能：
- 一方面作業系統將不同功能的硬體資源納入統一的管理。
例如，記憶體管理，作業系統識別電腦中存在的多種不連續的、有限的實體記憶體區域，再採用某種記憶體管理分配機制進行分配與管理。 - 另一方面作業系統負責將不同功能硬體資源進行抽象，將有限的、離散的資源抽象為無限的、連續的資源，並將硬體資源通過介面提供給上層應用呼叫，從而使上層應用無需關心硬體的具體細節。
例如，上層應用開發中，開發者無需關心實體記憶體硬體的容量、型號資訊，而是面向一個近似無限的、統一的虛擬地址空間。
通常而言，狹義的作業系統指的是作業系統核心加上一個Shell（即UNIX/Linux等作業系統中的命令列頁面）。隨著硬體種類和應用需求越來越豐富，大量共性功能沉澱到作業系統中，作業系統的內涵和外延不斷擴大，因此，廣義的作業系統又可以進一步分為作業系統核心與作業系統框架。作業系統核心負責對硬體資源的管理與抽象，為作業系統框架提供基礎的系統服務（作業系統核心又分為單核心、微核心等）；作業系統框架則基於作業系統核心提供的服務為不同的應用提供API介面與執行環境。
二、單核心&微核心
現在作業系統大多采用單核心架構（如UNIX、Linux等），作業系統將一些基本的、公共的、與硬體緊密相關的 (如中斷處理、記憶體管理、檔案系統、裝置驅動等)、執行頻率較高的功能（如程式排程、時鐘管理等）以及關鍵性的資料結構獨立出來，使之常駐記憶體，並對其進行保護。核心中採用模組化設計組織各個功能，所有模組執行於核心空間，模組間通訊直接呼叫模組間提供的介面函式實現。
單核心可以理解為是個很大的程式，其內部又能夠被分為若干功能模組（或者是若干層）。單核心在執行的時，為一個單獨的二進位制大映象，模組間的通訊是通過直接呼叫其他模組中的函式實現的，而非訊息傳遞。
單核心中許多的功能模組都在同一個核心空間上執行，伴隨著作業系統的發展，核心模組的複雜度越來越高，作業系統在可靠性與安全性方面慢慢出現了一些問題，一個很小的bug都會使整個系統崩潰。為解決單核心存在的問題，許多研發人員嘗試對單核心架構進行解耦，將部分非核心功能（如檔案系統、裝置驅動等）從核心中拆分出來，作為一個獨立的服務執行於單獨的程式中，併為其提供程式間通訊的能力（IPC Inter Process Communication），核心中只保留最核心的功能（如記憶體管理、程式排程等），這種架構被稱為微核心架構。在微核心下服務與服務互相隔離，單個服務即使出現故障或受到安全攻擊，也不會導致整個作業系統的崩潰或被攻破，從而有效提供了作業系統的可靠性與安全性。
Minix
有興趣詳細研究微核心實現與原理的同學，可以研究一下Minix。
Minix第一個版本於1987年釋出，是荷蘭電腦科學家Andrew S. Tanenbaum為了教學而創作，如今為Andrew S. Tanenbaum教授所著《作業系統：設計與實現》的示例程式碼。
Minix啟發了Linux核心的創作。1990年，還在上大學的Linus Torvalds從Minix得到靈感，出於對作業系統的興趣，於1991年釋出了Linux。
Minix目前有三個主要的版本：
- Minix1
https://github.com/gdevic/minix1
Minix1是《作業系統：設計與實現》教材的演示程式碼，側重於教學和學習（年代久遠，很難編譯安裝）。 - Minix 2.0.4
http://download.minix3.org/previous-versions/Intel-2.0.4/
Minix 2.0.4側重於自學，連結中有詳細的安裝教程。 - Minix 3.2.1
http://download.minix3.org/iso/minix_R3.2.1-972156d.iso.bz2
Minix 3.2.1是個實用版本，有iso映像可供下載，安裝方便。
三、單核心VS微核心
自單核心與微核心這兩種架構出現伊始，人們就兩者的優劣與特點展開了深入的討論。
當前隨著物聯網時代的到來，使微核心架構的作業系統架構再次受到廣泛關注。
- 彈性擴充套件能力：
對於一個龐大的單核心來說，很難僅僅通過簡單的剪裁與擴充套件，使之滿足支援資源訴求從KB到TB級別的場景；而對於微核心，核心空間只包含核心功能，天然具備模組化解耦與彈性部署的能力。 - 功能安全：
由於單核心在故障隔離方面存在的缺陷，其安全與穩定性方面很難與微核心媲美。 - 程式間通訊：
微核心將非核心功能以單獨程式的方式執行於使用者態，不同系統功能的相互呼叫需要通過程式間通訊實現（IPC Inter Process Communication）。相比於單核心核心空間中模組間通訊採用函式，微核心採用程式間通訊，通訊效率較低。
當前智慧終端呈現多樣化的發展趨勢，面對物聯網時代的到來，微核心天生具備的模組化解耦、彈性部署的能力以及安全穩定的特性，非常符合物聯網的發展，但程式間通訊（IPC Inter Process Communication）的效能無疑成為微核心的軟肋。
微核心雖然存在IPC效能軟肋，但IPC效能並非不可提升。
德國電腦科學家Jochen Liedtke（L3微核心與L4微核心系列的創造者）曾表示，高效能IPC的設計與實現必然是與體系結構相關的，過度的抽象將極大影響IPC的效能，而利用體系結構相關的狀態進行優化則可將IPC效能提升到極致。
2019年華為HarmonyOS釋出會中，餘承東透露華為在微核心IPC優化方面的成果，採用微核心架構的HarmonyOS在IPC方面效能可以達到同樣採用微核心的Fuchsia作業系統的5倍。
相信未來廣大技術研發人員不斷對IPC效能進行優化，微核心IPC的效能會有大的提升。
參考
維基百科 Regnecentralen：
https://en.wikipedia.org/wiki/Regnecentralen
維基百科 RC_4000_multiprogramming_system：
https://en.wikipedia.org/wiki/RC_4000_multiprogramming_system
維基百科 微核心：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BE%AE%E5%85%A7%E6%A0%B8
維基百科 Mach：
https://zh.wikipedia.org/wiki/Mach
現代作業系統：原理與實現
https://item.jd.com/12731379.html