【转载】思考系统API设计的问题

　　（摘自 http://www.cppblog.com/flagman/archive/2010/12/01/thinking_of_api_design.html）
　　
　　最近正好在思考系统API设计中考量的一些问题，
　　

引用

【某网友讨论到】
: 那地址是不是同一个地址呢。我现在的理解是这样的，假设有巨大的真实内存。windows首先将高2G的内存自己占了，用作各种内核对象。这2G内存共享给每个进程，但进程不能直接访问，只能通过windows给定的函数访问。
: 然后每个进程都给他2G内存，进程如果创建自己的对象就放到自己那2G内存里面，如果要建立内核对象就放到共享的那高2G里面去。
: 所以不同进程如果可以访问高2G内存的话，任何进程访问到同一个高地址实际上都是访问到同一个对象。但如果访问低2G地址的话，不同进程是对应不同的对象的。

　　
　　在不同的进程中，询问同一个内核对象的实际地址（无论是线性地址还是物理地址），是无意义的：
　　
　　首先，内核对象只能由在内核态下的例程才能直接访问，在我们日常的代码中，所调用的Windows API，比如CreateFile, （注意调用刚开始时是处于用户态下的），一般都会在ntdll.dll中找到对应的内核函数或例程，接着系统切换到内核态，开始调用实际对应的内核函数(KiCreateFile)，这个时候才会去访问内核对象的实际地址，然后建立一个该内核对象对应当前进程的Handle，并把它返回给caller，同时切换回用户态；因此，对于用户态程序来说，只要且只能知道该内核对象在当前进程中的对应的Handle就可以对其进行操作了；
　　
　　其次，这样的设计是出于对OS核心数据结构（当然包括我们正在讨论的内核对象）的保护；如果用户态程序可以轻易的获取内核数据结构的实际地址，那么对于整个OS的安全和稳定显然构成很大的问题；一个用户态的误操作可以轻易的引起整个OS的崩溃，而有了这一层的保护，崩溃的只是当前进程而不是整个系统；
　　
　　接着上面这点，也可以看出，内核对象的如此设计达到了接纳OS本身的平滑演进的目的。从Windows 3.0到95/98，从NT到Win2k/XP，再到眼下的Vista/Win7，Windows操作系统本身发生了巨大的变化和进步，采纳了无数的新技术新方法，但是它基本的系统应用编程接口，也就是我们所熟知的windows API，却并没有发生太大的改变，很多Win 3.0 这个16位OS时代的程序代码只要当初设计规范编码规范，稍许修改就可以在最新版的OS上运行如飞；是什么做到了这些？也就是所谓的极为重要的向后兼容性，我个人认为，把操作系统的重要/主要功能抽象成内核对象，并通过一套极为solid的API暴露出来，达成了这个目标。
　　
　　这是一种更高层次上的面向对象，把实现的细节，把系统的复杂，简单而优雅的封装了起来。你只要调用CreateFile去建个文件或管道或邮槽，不用担心当前OS是Windows 3.0还是Win7，获得的Handle，你也不用去关心它以及它所指向的内核对象是Windows 3.0的实现还是Win7的实现。
　　
　　Windows上所有的精彩几乎都是基于这套通过内核对象概念抽象并暴露的API基础之上，COM/OLE，这个二十年前震撼性的ABI和IPC范畴的技术规范，其中很多的设计思路也是植根于内核对象的设计理念，如COM对象的引用计数和内核对象引用计数，IUnknown和Windows Handle(前者是指向某个二进制兼容的组件对象，后者引用或间接指向某个内核对象，都是对于某个复杂概念的一致性抽象表述)，等等；
　　
　　十年前的.net，本来是作为COM的升级版本推出，把COM/OLE的实现复杂性封装在了虚拟机平台CLR里面，而从这个虚拟机的开源实现SSCLI，我们可以看到大量的COM机制在.net的具体实现里面起了举足轻重的作用。在这些VM中大量symbol有着COR的前缀或者后缀，COR指代什么？Common Object Runtime, 原来CLR/SSCLI的设计思路也是把OS通过虚拟机VM的形式，并通过common object向应用程序暴露功能。
　　
　　小结一下，
　　　　●　OS内核对象API，三十年前系统级别的对象抽象；
　　　　●　COM/OLE，二十年前二进制组件级别的对象抽象；
　　　　●　.net/CLR, 十年前虚拟机平台级别的对象抽象；
　　
　　写到这里倒是引起了我其他的一些思考，软件工业界一直以来对面向对象OO是热火朝天，特别是语言层面，从C++/Java/C#到Python/JScript，不一而足；但是我们有没有从根本性的设计理念上对面向对象，察纳雅言了呢？
　　　
　　如果现在设计Windows这套API的任务放在大家面前，会采用内核对象/Handle方案还是直接指向OS内部数据结构的方式来暴露功能？
　　
　　从三十年前的这套API的设计中，我们真的可以学到很多。