微内核和单内核

全部的Unix内核都同宗同源，而且提供相同的API，现代的Unix内核存在许多设计上的类似之处。Unix内核几乎毫无例外的都是一个不可分割的静态可执行块（文件）。也就是说，它们必须以完整、单独的可执行块的形式在一个单独的地址空间中运行。 单内核与微内核设计之比较 操做系统内核能够分为两大设计阵营：单内核和微内核（第三阵营外内核，主要用在科研系统中，但也逐渐在现实世界中壮大起来）。 单内核是两大阵营中一种较为简单的设计，在1980年以前，全部的内核都设计成单内核。所谓单内核就是把它从总体上做为一个单独的大过程来实现，并同时运 行在一个单独的地址空间。所以，这样的内核一般以单个静态二进制文件的形式存放于磁盘。全部内核服务都在这样的一个大内核空间中运行。内核之间的通讯是微 不足道的，由于你们都运行在内核态，并身处同一地址空间：内核能够直接调用函数，这与用户空间没有什么区别。这种模式的支持者认为单模块具备简单和高性能 的特色。大多数Unix系统都设计为单模块。 另外一方面，微内核并不做为一个单独的大过程来实现。相反，微内核的功能被划分为独立的过程，每一个过程叫作一个服务器。理想状况下，只有强烈请求特权服务的 服务器才运行在特权模式下，其余服务器都运行在用户空间。不过，全部的服务器都保持独立并运行在各自的地址空间。所以，就不可能像单模块内核那样直接调用 函数，而是经过消息传递处理微内核通讯：系统采用了进程间通讯(IPC)机制，所以，各类服务器之间经过IPC机制互通消息，互换“服务”。服务器的各自 独立有效地避免了一个服务器的失效祸及另外一个。 一样，模块化的系统容许一个服务器为了另外一个服务器而换出。由于IPC机制的开销比函数调用多，又由于会涉及内核空间到用户空间的上下文切换，所以，消息 传递须要必定的周期，而单内核中简单的函数调用没有这些开销。基于此，付之于实际的微内核系统让大部分或所有服务器位于内核，这样，就能够直接调用函数， 消除频繁的上下文切换。Windows NT内核和Mach（Mac OS X的组成部分）是微内核的典型实例。不论是Windows NT仍是Mac OS X，都在其新近版本中不让任何微内核服务器运行在用户空间，这违背了微内核设计的初衷。 Linux是一个单内核，也就是说，Linux内核运行在单独的内核地址空间。不过，Linux汲取了微内核的精华：其引觉得豪的是模块化设计、抢占式内 核、支持内核线程以及动态装载内核模块的能力。不只如此，Linux还避其微内核设计上性能损失的缺陷，让全部事情都运行在内核态，直接调用函数，无需消 息传递。至今，Linux是模块化的、多线程的以及内核自己可调度的操做系统。实用主义再次占了上风。 当Linus和其余内核开发者设计Linux内核时，他们并无彻底完全地与Unix诀别。他们充分地认识到，不能忽视Unix的底蕴（特别是Unix的 API）。而因为Linux并无基于某种特定的Unix，Linus和他的伙伴们对每一个特定的问题均可以选择已知最理想的解决方案—在有些时候，固然也 能够创造一些新的方案。如下是对Linux内核与Unix各类变体的内核特色所做的分析比较： ·Linux支持动态加载内核模块。尽管Linux内核也是单内核，但是容许在须要的时候动态地卸除和加载部份内核代码。 ·Linux支持对称多处理（SMP）机制，尽管许多Unix的变体也支持SMP，但传统的Unix并不支持这种机制。 ·Linux内核能够抢占（preemptive）。与传统的Unix不一样，Linux内核具备容许在内核运行的任务优先执行的能力。在其余各类Unix产品中，只有Solaris和IRIX支持抢占，可是大多数传统的Unix内核不支持抢占。 ·Linux对线程支持的实现比较有意思：内核并不区分线程和其余的通常进程。对于内核来讲，全部的进程都同样—只不过其中的一些共享资源而已。 ·Linux提供具备设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件，以及用户空间的设备文件系统（sysfs）。 ·Linux忽略了一些被认为是设计得很拙劣的Unix特性，像STREAMS，它还忽略了那些实际上已经根本不会使用的过期标准。 ·Linux体现了自由这个词的精髓。现有的Linux特性集就是Linux公开开发模型自由发展的结果。若是一个特性没有任何价值或者创意不好，没有任 何人会被迫去实现它。相反的，在Linux的发展过程当中已经造成了一种值得称赞的务实态度：任何改变都要针对现实中确实存在的问题，通过完善的设计并有正 确简洁的实现。因而，许多其余现代Unix系统包含的特性，如内核换页机制，都被绝不迟疑的引入进来。