随着当代信息社会的快速发展,未来社会对安全可信的需求越来越高。就操作系统领域而言,当前主流操作系统都是宏内核架构。这种架构在安全性以及灵活性上相比于微内核架构就有着一定的劣势。所以近年来全球的科学研究者以及企业开发者对微内核架构的研究兴趣越来越浓厚。本文通过对比宏内核与微内核架构,发现微内核架构的这种特点是符合未来操作系统发展需求的。认为宏内核架构是一种面向未来的操作系统架构,也是未来操作系统发展的一个重要方向。本论文以在Arm架构中开发的DeHyp微内核为基础对微内核架构进行了系统的研究。在微内核架构方面,对该架构进行了研究并分析了其架构的优缺点,然后以DeHyp微内核为微内核架构典型刨析了其各个组成模块:进程调度管理模块,内存管理模块,中断管理模块,进程间通信管理模块以及权能管理模块;在实现平台方面,分析研究了x86架构中一些与CPU相关的硬件机制:包括分段机制,分页机制与硬件支持的多任务机制;在引导启动方面,研究了一些现代操作系统中常用的引导方式及其特点。在完成以上相关技术研究以后,本文设计了能够深入融合DeHyp微内核与x86架构的方案,设计并实现了适用于微内核的通用引导方式,然后为x86架构下的微内核系统添加了两种安全可信机制来提高系统的安全性,并在最后设计了相应的安全性功能测试实验来对这两种安全机制进行验证。本文通过对微内核架构相关文献的研究,发现微内核中进程间通信的频率和信息量远大于宏内核,而这一点也造成了微内核在性能上表现不佳。通过分析多种不同的应用在微内核中的进程间通信优化方式,发现了这些传统优化方式的优缺点。本文结合了这些方式的优点,提出了两种基于交换的进程间通信算法,优化了微内核中基于复制方式的常用通信算法。其中一种是物理页面交换算法,另一种是段基址交换算法。这两种交换算法都能够在利用独立地址空间保证传输数据正确性的同时,实现高效的传输功能,大大提升了微内核中的通信效率,从而提升微内核的性能。最后本文设计了性能测试实验对比了本文提出的两种通信算法与一般微内核中使用的复制型通信算法,在实验上验证了这两种算法在性能上的优势。