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银河麒麟操作系统采用的是一种层次式的内核结构，该结构介于单一模块内核结构（如Linux）和微内核结构（如CMU 大学的Mach）之间。这种层次式结构从逻辑上来看，主要是由具有Mach 风格的基本内核层、具有BSD 风格的系统服务层和具有Windows 界面风格的桌面环境组成，前两层在核态运行。在系统服务层中，银河麒麟操作系统实现了支持POSIX接口和LSB（Linux Standard Base）接口的Linux 应用兼容层，从而保证Linux 应用程序的目标代码在银河麒麟上能够直接执行。银河麒麟之所以采用这种层次式的内核结构，既有历史的原因，也有发展角度考虑的因素。
国防科大计算机学院从1992 年开始，银河巨型机的体系结构从向量机巨型机向大规模并行计算机转变，因此银河巨型机操作系统的技术路线，也从专用的向量巨型机操作系统，转变为采用 Unix 操作系统。由于巨型机采用大规模并行的体系结构，一台巨型机通常包含成百上千个CPU，一般分为计算节点、I/O 节点和服务节点。计算节点主要完成计算任务，功能单一，但对降低系统开销的要求十分高，最适合的操作系统是精简内核的操作系统。I/O节点主要承担系统的输入输出工作，从操作系统角度，可以理解为一组专用的I/O 功能服务器，最适合的操作系统是一个定制剪裁的Unix 操作系统。服务节点提供用户上机所需的一切环境，最合适的操作系统是一个完整的Unix 操作系统，上层软件的支持要丰富。为了适应不同节点的功能需求，当时的银河机操作系统就采用了这种层次式内核结构，基本内核层以CMU 大学的Mach 为原型
www.cs.cmu.edu/afs/cs/project/mach/public/www/mach.html，并结合Open Software Foundation 的OSF/1 操作系统内核技术，在当时128 个MIPS R4000 CPU上实现了全64 位的操作系统基本内核层，包括存储管理、并行优化调度、Mach 特有的Port通讯机制等。同时课题组还利用CMU 大学提供的BSD Server 实现了系统服务层，但在实际测试中发现当时的BSD Server 过于简单，而且还存在大量的Bug，只是提供了Mach 内核和BSD Server 对接技术，离实际应用还存在较大距离，而当时国际上USL（Unix System Laboratory）的UnixSVR4.2 操作系统已经产生了相当大的影响，并且具有丰富的应用软件，为此课题组与英国Unisoft 公司合作，一起完成了UnixSVR4.2 的移植工作，并最终自己实现了Mach 的基本内核层与BSD 的系统服务层对接。这样银河操作系统内核中包含基于 Mach 的基本内核和基于BSD 的系统服务，计算节点运行基本内核，I/O 节点运行基本内核和部分IO 功能服务，服务节点运行一个完整的操作系统。
