第24期 | 操作系统为什么长得像四合院？

操作系统 · 2026-10-20 · 九羲科技

一、Linux 线

1987年，阿姆斯特丹自由大学的 Andrew Tanenbaum 教授碰上一个教学上的麻烦：AT&T 给 Unix 第七版发的许可证，禁止在课堂上研读源码。很多大学干脆不教 Unix 了，只讲理论。

Tanenbaum 的 remedy 很硬：自己从零写一个。"not using even one line of AT&T code"——不用 AT&T 一行代码。用户视角下和 Unix 兼容，里面完全不同。他在书的前言里写，读者可以"dissect a real operating system to see what is inside, just as biology students dissect frogs"——像生物系学生解剖青蛙一样，解剖一个真实的操作系统。

这本书叫《Operating Systems: Design and Implementation》，1987 年 Prentice-Hall 出版。书里印了 12,010 行删减版的 C 源码：内核、内存管理、文件系统，一行不少。源码和二进制，随书放在软盘里发行。这个为教学而写的小系统，叫 Minix。

Minix 的内部结构，书里画得很清楚，一共四层。

最底下 Layer 1，是内核：接住 trap 和中断，保存、恢复寄存器，调度进程，还要干消息传递的体力活——检查消息目标合不合法、在物理内存里定位收发缓冲区、把字节从发送方拷到接收方。

Layer 2，住着一堆 I/O task：磁盘、终端、打印机、网卡各有一个 task，还有两个特殊的：clock task（管时钟和调度心跳），和 system task。system task 有点意思——它自己不做普通意义上的 I/O，它的存在，是替那些不允许直接碰内存的进程，干跨内存区拷贝这类脏活。

Layer 3，是服务器进程：MM（memory manager，管 fork、exec、brk 这些和内存相关的调用）和 FS（file system，管 read、mount、chdir 这些和文件相关的调用）。它们跑在低特权级，连 I/O 端口都摸不到。资源管理的力气活在第 1、2 层，系统调用的"解释权"在第 3 层。

最上面 Layer 4，用户进程：init、shell、编辑器、编译器，你写的程序。它们和硬件之间隔着整整三层，想干点什么，只有一条路：发消息。

第 1、2 层会被链接成一个叫 kernel 的二进制，共享内核地址空间。一次系统调用的旅程是这样的：用户进程发消息给 MM 或 FS——`syscall(who, syscallnr, msgptr)`，who 就是收件人；服务器能在用户态办就自己办了，办不了，再发消息请 system task 出手。

Minix 四层解剖图：用户进程（倒座）→ 服务器 MM/FS（厢房）→ I/O tasks（门房）→ 内核（正房）。红线是特权边界，一次系统调用就是一封从上往下递的消息。

妙处在这里：三十多年后你去翻 Minix 的源码包，顶层目录依然是 kernel/、mm/、fs/ 三个——目录即平面图。1991 年 Linus 读的，正是这张图。看得懂，才敢动手改；敢动手改，才有了后来的故事。

这四层，越看越像一座四合院：内核是正房，住在最里，最要紧；MM 和 FS 是东西厢房，管事的；用户进程是倒座和来往的客人，临街，最热闹。Tanenbaum 当年大概没想过四合院，但"每间房住谁、一目了然"这个要求，全世界的匠人是相通的。

二、原生 AI OS 线：如果 AI 先画这张图

Minix 的分层，是为"让人看懂"和"线性指令流"设计的：楼层即特权，谁离硬件近，谁权力大。

如果 AI 的操作系统先出现，这张图大概率不长这样。楼层可能按"认知"来切：感知层（传感器与世界输入）、世界模型层（记忆与预测）、意图层（目标与规划）、执行层（工具与行动）。权力的划分也不再是"能不能碰硬件"，而是"能改写谁的记忆、能替谁定目标"。

有意思的是，Minix 的消息传递（send/receive/reply），已经是维纳"感知—比较—执行"回路的雏形。AI OS 里，消息的内容会从"系统调用号+参数"变成"意图+上下文"，system task 那个位置上，可能站着一个"意图路由器"。

但"分层"这个思想本身不会死。贝塔朗菲早就说了：跨层次，规律会变。每一层都需要新概念——AI OS 也会分层，只是切楼板的位置不同。

三、现在动手线：今晚就能摸到 1987 年

找一台能联网的 Linux 机器，几分钟，你就能把 1996 年发行的 Minix 1.7.2 源码包拼出来（普林斯顿大学镜像站还留着当年分 8 张软盘发行的包）：

mkdir -p /tmp/minix && cd /tmp/minix

for i in 01 02 03 04 05 06 07 08; do

curl -sO https://mirror.math.princeton.edu/pub/oldlinux/Linux.old/Minix/1.7.2/src/SRC.$i.gz

done

zcat SRC.*.gz > src.pack && gzip -dc src.pack > src.tar

tar xf src.tar src/kernel src/mm src/fs && ls src/

你会观察到三件事：第一，`ls src/` 吐出来 kernel、mm、fs——三十多年了，平面图没变；第二，`wc -l src/mm/*.c` 数一数，内存管理服务器两千多行，一个周末读得完；第三，打开 src/kernel/system.c，那就是当年替所有人干脏活的 system task。

再往深想一层：Tanenbaum 做的是"把原理讲清楚"（教学），Linus 做的是"把原理做出来"（发展性研究）。Minix 是原理的讲义，Linux 是原理的工程化。Unix 的原理 1969–1974 年就已成熟，赢的从来不是原理，是中间那层"做出来"的功夫。

如果你手头也在做边缘 AI 硬件或私有化项目，不妨画一张自己系统的"四合院图"：哪间是正房（最核心、最不能动），哪间是厢房（办事的服务），哪间是倒座（天天和用户打交道）。画完看看：是不是有间房住得太挤了？

· · ·