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Mach - 版本历史
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<p></p>
<p><b>新页面</b></p><div>{{otheruses|马赫 (消歧义)}}<br />
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|author = [[卡內基梅隆大學]]<br />
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}}<br />
'''Mach'''（{{IPA|mʌk}}）是一個由[[卡內基梅隆大學]]开发的计算机[[作業系統]][[微內核]]，為了用於作業系統之研究，特別是在分布式與并行運算上。是最早實現微核心作業系統的例子之一，是許多其它相似的計畫的標準。<br />
<br />
Mach開發計畫在卡內基梅隆大學從1985年運行到1994年，到Mach 3.0版結束。其他還有許多人繼續Mach的研究包括[[猶他大學]]的[http://www.cs.utah.edu/flux/mach4/html/Mach4-proj.html Mach 4] {{Wayback|url=http://www.cs.utah.edu/flux/mach4/html/Mach4-proj.html |date=20170923185023 }}。Mach的開發是為了取代[[Berkeley Software Distribution|BSD]]的UNIX核心，所以是許多新的作業系統的設計基礎。Mach的研究至今似乎是停止了，雖然有許多商業化作業系統，如[[NEXTSTEP]]與[[OPENSTEP]]，特別是[[Mac OS X]]（使用[[XNU]]核心）都是使用Mach或其衍生系統。Mach的[[虚拟内存]]（VM）系統也被BSD的開发者用於[[CSRG]]，並出現在BSD衍生的系統中，如[[FreeBSD]]。Mac OS X與FreeBSD並未保留Mach首倡的微核心結構，除了Mac OS X繼續提供微核心於內部處理通訊以及應用程式直接控制。<br />
<br />
Mach繼承卡內基梅隆大學的[[Accent kernel]]，Mach計畫主導人[[理查德·拉希德]]曾於[[微軟]]的研究部門擔任高級人員，後成為微軟副總裁。另一Mach開發者[[阿瓦德斯·特凡尼安]]（Avie Tevanian）曾是[[NeXT]]首席程式設計師，之後擔任[[蘋果電腦]]軟體技術部門主管直到2006年[http://sfgate.com/cgi-bin/blogs/sfgate/sso_detail?blogid=19&entry_id=3821] {{Wayback|url=http://sfgate.com/cgi-bin/blogs/sfgate/sso_detail?blogid=19&entry_id=3821 |date=20060412132522 }} 。<br />
<br />
一个名为[[GNU Mach]]的计划与其相关，它是[[GNU]]操作系统工程的一部分。已有的操作系统[[Debian GNU/Hurd]]便是基于[[GNU Mach]]及其上的[[GNU Hurd]]。<br />
<br />
== 历史 ==<br />
===名稱起源===<br />
=== Mach概念 ===<br />
Mach是作为传统[[UNIX]]内核的替代品出现的，因此其间的不同之处值得留意。当时的人们已渐渐感受到了早期UNIX中“一切皆文件”的抽象机制的不足，有限的扩展性使得开发者捉襟掣肘，苦不堪言。虽说贝尔实验室的[[Plan9]]在此方向上做了进一步努力，可是效果并不理想。现代操作系统需要更进一步的抽象。<br />
<br />
比如UNIX的管道可谓饱受争议。人们迫切需要一个类似管道的机制，允许在程序间交换不同的数据，而不仅仅是文件式的读写。或者换句话说，一套[[进程间通信]]机制（[[IPC]]）。一时间各路系统（包括UNIX）纷纷推出了各自的IPC机制，然而大多皆是些针对特定目标的库，其通用性仍远远不够。<br />
<br />
鉴于此，卡耐基梅隆大学从[[Accent]]内核项目出发，尝试开发了一套基于共享内存的IPC系统。Accent是一个拥有丰富特性的纯实验系统，不过在Accent开发期间，社会上研究操作系统的重点已经有所变化；且UNIX已经被广泛接受作为研究的默认系统，Accent对UNIX的不兼容也限制了它在研究方向上的应用；更甚者，Accent的可移植性似乎并不是很好，而在当时看来（八十年代初）硬件平台的更新换代值正欣欣向荣，似乎会出现一次大爆炸。<br />
<br />
因此卡内基梅隆大学转向了Mach项目，其设计目标大体即一个结构清晰、UNIX兼容、高度可移植的Accent。按以下几个概念作为其基础：<br />
<br />
* “任务”即拥有一组系统资源的对象，允许“线程”在其中执行。<br />
* “[[线程]]”是执行的基本单位，拥有一个任务的上下文，并且共享任务中的资源。<br />
* “port”是任务间通讯的一组受保护的消息队列；任务可以对任何port发送或接收数据。<br />
* “消息”是某些有类型的数据对象的集合，它们只可以发送至port - 而非某特定任务或线程。<br />
<br />
Mach继承了Accent IPC的理念，然其本身却扎根于UNIX，轻而易举即可移植UNIX下的程序。Mach引入了port的概念用以表示双向的IPC，它就像UNIX下的文件一样拥有权限信息，使得其安全模型非常接近UNIX。并且，Mach使得任何进程都可以拥有一般系统中内核才有的权限，从而允许用户进程实现与硬件交互等操作。<br />
<br />
同UNIX一样，Mach系统也包含了一组丰富的实用工具，并保留了unix中驱动程序的概念用以硬件交互。<br />
<br />
与UNIX的一大区别即在于，除了操作文件，Mach更可以操作一切“任务”。这一来大量的内核代码可以转移到用户空间，使内核变得更小，从此领发了微内核的思潮。与传统的系统不同，Mach下的进程（或者说“任务”）之下是多个线程。这在今天自己屡见不鲜，可是要知道，Mach正是如此定义任务与线程关系的第一人。内核的责任从总揽大局者精简为基础设施的提供者，并为其提供有限的调度。<br />
<br />
Port机制在IPC中的应用该是Mach与其他传统内核的一大分野。在UNIX下，用户进程调用内核只能通过系统调用或陷入（trap）。用户进程使用一个库安排好数据的位置，然后软件触发一个中断，内核在初始化时会为所有中断设置handler，因此程序触发中断的时候，控制权就转移到了内核，在一些必要的检查之后即可得以进一步操作。<br />
<br />
在Mach下，这就交给了IPC系统。与直接系统调用不同，这里的用户进程是先向内核申请一个port的访问许可，然后利用IPC机制向这个port发送消息。虽说发送消息的操作同样是系统调用，但Mach内核的工作形式有些不同——handler的工作可以交由其他进程实现。<br />
<br />
IPC消息传递机制的应用为线程和并发提供了很好的支持。进程之下是多个线程，线程作为IPC机制的单元，Mach得以在消息被处理时控制线程睡眠或唤醒。这就允许系统将进程分布于多个处理器之上，消息直接通过共享内存实现也可，必要时为其它处理器复制一份也可。在传统内核中这很难实现：系统必须保证不同处理器上的的不同程序不会在同时访问同一块[[内存]]，在Mach中则要更容易的多。不同进程的内存访问互不干涉，一切交由port通信。<br />
<br />
早期的IPC系统有些性能问题，必须正视。同其前辈Accent一样，Mach使用一个共享内存机制以避免消息传递中低效的内存拷贝。它利用硬件的MMU实现数据共享，只在数据被修改的时候才执行拷贝，即写时复制。<br />
<br />
内核也必须检查消息的正确性。Port在设计上即取了UNIX文件系统的概念，这一来就允许用户使用现成的文件系统概念即可，权限、访问许可之类就都有了。<br />
<br />
这样设计也简化了开发。传统的程序依然可以拿来，也可以再设计。单内核系统的一个[[bug]]就得让整个系统崩溃从而不得不重启，而Mach仅仅需要重新运行出问题的那个进程。操作系统即一组程序的集合，用户得以选择其系统的功能——只需管理当前运行的进程即可。<br />
<br />
需要了解，Mach以上的所有特性皆为跨平台而设计。如下引用一段：<br />
<br />
与UNIX最初无视多处理器的设计不同，Mach在设计伊始即将[[多处理器]]支持纳入考虑。它的扩展性也很好，[[UMA]]还是[[NUMA]]都能很好的支持。Mach是为千种不同的处理器而设计的，移植到其他体系结构很容易。其设计的一个关键目标即为各不相同的硬件平台上，实现可移植的[[分布式系统]]。（Appendix B, Operating System Concepts）<br />
<br />
不足自然也不少。相对容易的一个问题是port的位置不明显，在UNIX下这样的问题通过文件系统提供一个大家都知道的名字来解决。虽说这一机制也可以拿来，但是Mach在设计上又恰恰尽力使得port保持透明。缺乏表示port位置的机制，使得其扩展性大打折扣。<br />
<br />
== 参见 ==<br />
<br />
* [[HURD]]<br />
* [[GNU Mach]]<br />
* [[Debian GNU/Hurd]]<br />
* [[XNU]]<br />
<br />
{{卡内基·梅隆大学}}<br />
{{Authority control}}<br />
[[Category:卡內基美隆大學]]<br />
[[Category:Mach| ]]<br />
[[Category:已停止開發的作業系統]]</div>
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