为什么操作系统不能屏蔽底层的架构（arm，x86,mips），为应用软件提供一个统一的运行环境呢？
让我们一层层剥开这个问题，看看背后到底是怎么回事。
1. 为什么我们需要操作系统？—— 虚拟化的开端
想象一下，如果没有操作系统，应用程序需要直接与计算机的硬件打交道。这意味着，每一个开发者都需要了解目标硬件的每一个细节：CPU 是如何执行指令的，内存是如何管理的，输入输出设备如何通信等等。这简直是一场噩梦。
指令集不同： 最直接的障碍是指令集。ARM、x86、MIPS 它们各自拥有一套完全不同的指令集，就像不同的语言一样。你不能用中文语法去编写一段英文代码，让它直接在英文环境中运行。CPU 只能识别它自己设计的那套指令。
内存管理： 硬件的内存控制器、寻址方式、缓存机制等等也千差万别。应用程序如果直接操作内存，很容易出现冲突、越界访问，导致系统崩溃。
硬件接口： 显卡、网卡、硬盘控制器，这些外部设备的接口和通信协议更是五花八门。
操作系统就像一个“翻译官”和“协调者”。它负责：
指令集转换（这部分是关键）： 操作系统本身需要用目标架构的指令集来编写。而当应用程序（通常以一种更高级的语言如 C++、Java 编写）被编译成特定架构的机器码后，操作系统就负责将这些机器码加载到内存，并让 CPU 去执行。
抽象硬件： 操作系统向上层应用提供了一套标准化的接口（API）。比如，你不需要知道硬盘的具体型号和接口，只要调用 `read()` 或 `write()` 函数，操作系统就会帮你完成底层复杂的读写操作。它屏蔽了不同硬盘、不同文件系统之间的差异。
资源管理： CPU 时间、内存空间、I/O 设备等资源，都需要操作系统来公平有效地分配给各个应用程序，避免互相干扰。
2. 那么，为什么不能“彻底”屏蔽呢？—— 效率与特性的博弈
你提出的“统一运行环境”，这正是操作系统的目标之一，即提供一个应用程序接口（API），让开发者可以在这个之上开发，而不用关心底层硬件的具体实现。但“彻底”屏蔽，往往会带来效率和对硬件特性的利用上的牺牲。
性能开销： 任何形式的“屏蔽”或“抽象”都意味着一层额外的转换或管理。当应用程序需要访问硬件时，它不是直接发出指令，而是通过操作系统的 API。操作系统再根据当前硬件的情况，将这个 API 调用转化为实际的硬件指令。这个过程会引入一定的性能开销。如果操作系统做的“屏蔽”过于“完美”，试图掩盖所有底层细节，那么在某些对性能要求极高的场景下，这种开销就会变得不可接受。
举个例子： 假设你有一个计算密集型的科学计算程序，它需要高效地利用 CPU 的浮点运算单元（FPU）或者向量指令集（如 SSE、AVX、NEON）。如果操作系统为了统一性，强制所有浮点运算都通过一个统一但不够优化的接口，那么这个程序就无法充分发挥硬件的性能。而如果操作系统允许应用程序直接访问这些底层指令，或者提供专门的、高效的接口，性能就会大大提升。
硬件特性的利用： 不同的 CPU 架构，在设计上往往会包含一些独特的、能带来性能优势的特性。
ARM 的 NEON 指令集： ARM 架构特有的 NEON 指令集，专门用于处理 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）运算，非常适合多媒体处理、信号处理等任务。
x86 的 AVX 指令集： x86 架构也有 AVX、AVX2、AVX512 等一系列强大的向量指令集，同样能大幅提升计算性能。
缓存一致性、乱序执行、超线程等： 这些都是 CPU 内部的高级特性，对性能至关重要。
如果操作系统为了提供一个“统一”的接口，而忽视了这些特定的硬件指令集，那么那些本来可以利用这些特性的应用程序，就无法发挥出其应有的性能。反之，一个好的操作系统，会在提供统一接口的同时，也提供一种机制，允许应用程序在需要时，能够“接触”到这些底层的硬件特性，比如通过特定的库（如 Intel MKL、ARM Compute Library）或者汇编代码。
实时性要求： 某些应用，例如嵌入式系统中的实时控制系统、航空航飞控系统，它们对响应时间有非常严格的要求，不允许有任何不确定或延迟。在这种场景下，操作系统的调度、中断处理等机制，都需要能够直接、高效地与硬件交互，以保证实时性。一个过于“厚重”或“抽象”的操作系统，可能会引入不可预测的延迟，无法满足实时性要求。
功耗管理： 现代处理器在功耗管理上做了大量优化，例如动态频率调整、核心休眠等。操作系统需要能够精细地控制这些机制，以平衡性能和功耗。不同架构的功耗管理策略也不同，操作系统需要针对性地实现这些策略。
内存模型和一致性： 不同架构的处理器在内存访问的顺序和可见性（内存模型）上可能存在差异。例如，多核处理器需要确保所有核心都能看到一致的内存状态。操作系统需要处理这些底层的内存一致性问题。
3. 操作系统如何平衡“统一”与“差异”？—— 层次化设计
正是因为以上这些原因，现代操作系统并非在所有层面都进行“完全的屏蔽”。它们通常采用层次化设计，在不同的层面上处理硬件的差异：
最底层（Kernel Mode）： 操作系统的核心部分，也就是内核（Kernel），是直接运行在硬件上的。内核需要包含硬件抽象层（HAL Hardware Abstraction Layer）。HAL 的作用就是为内核提供一个相对统一的接口来访问硬件，但这个 HAL 本身是针对不同架构编写的。例如，Linux 内核在编译时，会根据目标架构（x86, ARM, MIPS 等）选择相应的 HAL 实现。这样，内核的大部分逻辑就可以保持架构无关，而 HAL 负责将这些逻辑翻译成具体架构的硬件操作。
设备驱动程序： 每一个具体的硬件设备（如显卡、网卡）都需要一个设备驱动程序。驱动程序是介于内核和硬件之间的软件，它负责将内核发出的通用 I/O 请求，转换为特定设备能理解的命令。驱动程序是架构敏感的，因为它们需要与特定的硬件接口和总线打交道。
中间层（System Call Interface）： 操作系统向应用程序提供系统调用（System Call）接口。这套接口对所有应用程序来说是统一的，无论底层是什么架构。比如，`open()`、`read()`、`write()`、`fork()` 等系统调用，应用程序看到的接口是相同的。
上层（User Mode Libraries & Applications）： 应用程序和用户态的库（如 C 语言标准库 `glibc`）则运行在用户模式，它们通过系统调用与内核交互。对于应用程序开发者来说，他们接触到的主要是这些统一的 API，以及跨平台的开发库（如 Qt、SDL、Flutter 等），这些库进一步屏蔽了操作系统层面的差异。
总结一下：
操作系统不能完全屏蔽底层架构，根本原因在于效率、性能以及对硬件特性的充分利用。任何一种“屏蔽”都是以一定的性能开销为代价的。而计算机世界，尤其是在高性能计算、嵌入式系统、移动设备等领域，对性能和效率有着极高的要求。
操作系统通过硬件抽象层（HAL）和设备驱动程序等机制，在内核层面处理架构差异，同时向用户空间提供统一的系统调用接口，从而在“屏蔽底层细节”和“发挥硬件性能”之间取得一个平衡。开发者主要在用户空间进行开发，利用操作系统提供的统一 API，而操作系统本身则负责在底层与不同的硬件架构进行“对话”。
你提出的“统一运行环境”是操作系统一直在努力的方向，也是它最重要的价值所在。但这种统一，更多的是在接口和抽象层面，而不是在实现层面彻底抹去所有差异。因为如果那样做，性能的代价将会非常巨大，很多我们现在能够实现的优秀应用和系统，都将不复存在。
网友意见
理论上可以，例如早期安卓就是这样，但为之付出的代价是性能。
不仅仅在操作系统层面，在整个IT行业，通用性和性能，一直都是天平的两端。硬件层面，通用的CPU，性能远不如各种专用的ASIC芯片；CPU内部，通用的整数指令性能远不如各种专用运算指令如浮点、SIMD、加解密等指令。软件层面，通常也是一个流程写到底，比多次调用各种通用的封装好的基础函数性能要好。
今天很多各种虚拟机语言如Java、.Net，脚本语言如PHP、Python，以及以HTML/CSS、XML、JavaScript结合的Web应用这类大量实时文本解析的技术普及，前提是今天的硬件性能比日常应用的性能需求高的多。我举个例子，大家今天依然很常用的一些系统操作、文档处理等应用，早了不说，其实和Win95+Office95，可以说90%常用功能一致的。Win95+Office95的硬件需求才多高？不说刚上市发布时的最低配置要求，哪怕后来相对普及时的主流硬件配置，不过奔腾MMX 166，32M内存。如果按照大家更熟悉也和今天体系更接近的Windows 2000+Office 2000，发布时很常见的奔腾3 733/800+128M内存也是跑得很流畅了。而今天的主流硬件性能，不说和老旧的奔腾MMX 166比，哪怕和奔腾3 800比，单核性能也少说提升十多二十倍，多核性能就更不用说了。
所以现在我们看到的操作系统没有“完全”屏蔽底层，为软件环境提供统一运行环境，具体来说是几个原因：
1、历史遗留。今天大家常见的操作系统都不算太年轻，毕竟开源的Linux成熟之后，想搞个操作系统自己定制改拨下，总比从头开发一个，解决各种硬件驱动问题要方便得多。而Linux是1991年开始开发，当时的主流硬件最新也就是486 33/50 MHz，并没有足够的性能余量去追求通用性。Java出现是1995年，开始流行是2000年之后，这个时候主流CPU主频已经突破1 GHz了，但这个时期，性能依然是阻碍Java普及的一大原因。
2、硬件性能还不够。对于文档处理这样的日常应用来说，今天的硬件性能是过剩了，可以去追求通用性，这也是今天很多系统、应用以Web APP形式出现的前提。但还有大量的多媒体创作、高性能计算以及多种需要处理大量数据运算、用户请求的企业应用仍然是性能渴求的。这些应用目前为止还无法以牺牲性能为代价去追求通用性，反而是为了性能还需要牺牲通用性，例如用类似汇编的intrinsics来编程。
3、x86在2005-2015年期间的强势。随着Intel在1998年推出至强，x86开始进入服务器市场。便宜的价格，加上集群技术的成熟，很多以前代表着高性能、高可用性的CPU，例如Alpha，SPARC，POWER等都被抢掉了相当部分市场，同时先进制程的芯片研发、生产成本越发高昂，这些CPU都在逐渐走向消亡——到了今天，仅仅剩下IBM的POWER凭着兼容性和高可用性、以及商业机构客户提供的高昂利润还在坚持。事实上，Windows NT一直到Windows 2000的BETA版，都是同时支持x86、Alpha、MIPS和PowerPC的，虽然还做不到题主所说的应用与硬件无关，但一份代码在多个平台上分别编译后运行是可能的。随着这些x86以外的指令集架构的CPU消亡，操作系统和其他软件开发商自然也没有动力去做跨硬件平台的工作——直到这几年ARM凭借低功耗在移动平台一枝独秀，加上智能手机、平板电脑这些移动设备的流行，快速迭代终于摸到了x86的尾巴，服务器市场、移动计算市场都出现了极少量的ARM设备，才又有了这种跨平台的需求出现。
因为慢。安卓的Java就是屏蔽了底层架构，为应用软件提供了统一的运行环境。但是，在安卓上跑游戏，用Java不够快，所以游戏厂商纷纷选择直接接触底层架构，用NDK/C/C++直接开发ARM原生库，然后挂接到Java中使用。有的游戏甚至整个引擎都是C/C++写的，Java只做为启动部分，加载完ARM原生库，绘图工作转移出去之后就不再有动作了，所有3D/绘图操作全部由ARM原生库完成，这样才能在手机上达到想要的性能。
当然，如果你愿意接受一半的续航、一半的帧数、两倍的发热，在安卓上直接用Java跑大型游戏也不是不可以。如果某个大型游戏是纯Java写的，没用任何原生库，那它就能百分之百与x86电脑上的安卓模拟器兼容。但是代价是什么呢？在手机上运行的时候，估计就只有旗舰机能勉强流畅游玩了，更低配的手机可能会直接卡成PPT。
不过，小游戏，特别是非3D游戏，完全没这种问题，Java显然能满足它们的性能需求。但如果他们最终没选择用Java开发，那么唯一的担心可能是：Java太容易破解了。而C/C++要破解起来就难很多，外挂的技术门槛就要更高。
备注：Kotlin也是Java虚拟机语言，在安卓内，和Java运行在同样的虚拟机里，所以上面所有对Java的表述也同样适用于Kotlin。
而Kotlin在iOS上是直接编译为目标平台机器码（比如ARM指令集），此时它就不符合题设条件了，换一种CPU就不能运行，所以不用考虑这种情况。
这其实是个伪命题。
操作系统给应用软件提供的API，本来就是统一运行环境。操作系统一直都在努力给软件提供一个统一的运行环境。他们确实是这样想的。
如果为x86Windows写的代码全都能在armWindows上面运行，微软开心不开心啊？当然开心，睡觉都要笑醒。——所以操作系统产商当然有动力提供统一运行环境。
但是呢？实际上应用软件的开发者有千千万万，需求有形形色色，人的行为总会有多样性。所以实际上他们做出的事情就不可预期。
举个例子：Android 系统。一开始就设计为使用java虚拟机，这，总该是非常统一的运行环境了吧？
然而实际上呢？由于有相当多的现有代码使用C或者C++开发，要复用这些代码必须使用NDK。另外就是，java虚拟机并没有提供足够完备的功能，比如串口通讯就必须依赖C写的库。jvm无法完成。
各种原因敦促了 android 必须开放NDK编译，然而NDK意味着，不同的CPU架构必定会生成不同的代码（除非是实时编译）。
为了解决这个问题，最常见的办法是：将所有可支持架构的编译结果都打包到程序中，程序运行的时候判断当前CPU架构决定加载哪一份代码。
比如，苹果当年切换到intel处理器的时候，就是这么做，要求开发者打包应用的时候将新旧两个体系的应用都打包进去。
Google有没有这么要求？有：Google 要求 NDK 开发者对 arm，arm64，mips，x86 等架构全都进行打包，而安卓的安装器在安装app到目标设备的时候，会根据目标设备的实际架构，只选择目标架构安装上去。
我们看到，Google的想法是好的，实际上呢？实际上，开发者们根本就不愿意打包所有架构，往往都偷懒只打包 armeabi 架构。
然而现实是：7年来生产的所有新款手机都是 arm64 架构的。而Android Studio从3.4开始就默认只打包手机对应架构的ndk包（对于手机来说，这意味着AS默认只打包arm64架构，除非你在gradle设定中强制设定ndkfilter）。
可是相当多的开发者依然，宁可在gradle中强制设定ndkfilter，也不愿意提供arm64版本的包。——当然，他们同样也没有提供 x86，没有提供 mips 的包。
那么问题来了，操作系统能不能只接受源代码，然后，到不同平台架构上实时编译，这样确实就什么架构都能跑了？
答案是：操作系统确实能够这么做，但软件开发商不愿意啊。
如果你的代码支持让操作系统实时的到目标机去编译，那么你这个代码就相当于完全没有加密的，很容易被破译，从公司管理的角度，这样暴露自己的IP（智力财产）是不合规的。
我的看法：理论上可以这么做，只要规定软件发布必须把主流CPU架构都打包就好。但实际上只有苹果能做到这一点。苹果可以规定你不按照我的要求打包就不让你发布。安卓跟Windows就不行。
这大概就是自由的代价吧。允许软件开发有更多自由，就必然没法阻止开发者使用或者只提供某个特定架构才能用的库。操作系统如果无法从软件发布的源头上管控软件发布，那么就没有办法支持所有的情况。
在操作系统看来，它是把cpu直接共享给了应用程序，而不是把cpu抽象成什么东西来间接供应用程序使用
应用程序使用cpu并不需要它来代劳，它只是在各个程序之间做一个调度而已
如何使用cpu是你自己的事，我不管也不关心你是咋用的，更没有所谓的“屏蔽底层架构”的概念。你要想实现这种特性，那就你自己来搞，我不想掺和这种事
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