Як ядро ​​Linux порівнює порівняно з архітектурами мікроядер?

Одного разу я прочитав, що однією з переваг архітектури мікроелемента є те, що ви можете зупинити / запустити такі важливі сервіси, як мережа та файлові системи, не потребуючи перезавантаження всієї системи. Але враховуючи, що ядро ​​Linux (як це завжди було?) Пропонує можливість використовувати модулі для досягнення того ж ефекту, які (залишилися) переваги мікрокереля?

Мікроядер вимагає менше коду для запуску у найпотужнішому, найбільш надійному режимі, ніж монолітні ядра . Це має багато аспектів, таких як:

• Мікропровідники дозволяють завантажувати та вивантажувати за бажанням не основні функції (наприклад, драйвери для апаратного забезпечення, яке не підключено чи не використовується). Це в основному досягається в Linux через модулі.
• Мікроядра є більш надійними: якщо не-ядерний компонент вийде з ладу, він не візьме з собою всю систему. Помилкова файлова система або драйвер пристрою може вийти з ладу системи Linux. У Linux немає жодного способу усунення цих проблем, крім методів кодування та тестування.
• Microkernel мають меншу надійну обчислювальну базу . Тому навіть шкідливий драйвер пристрою або файлова система не може взяти під контроль усю систему (наприклад, драйвер сумнівного походження для вашого останнього гаджета USB не зможе прочитати ваш жорсткий диск).
• Наслідком попереднього пункту є те, що звичайні користувачі можуть завантажувати власні компоненти, які були б компонентами ядра в монолітному ядрі.

Графічні інтерфейси Unix надаються через вікно X, яке є кодом користувача (за винятком (частини) драйвера відеопристрою). Багато сучасних програм дозволяють звичайним користувачам завантажувати драйвери файлової системи через FUSE . Деякі фільтрації мережевих пакетів Linux можна виконати в userland. Однак драйвери пристроїв, планувальники, менеджери пам'яті та більшість мережевих протоколів все ще залишаються лише в ядрі.

Класичне (якщо датується) читання про Linux та мікропрограми - це дискусія Таненбаума — Торвальда . Через двадцять років можна сказати, що Linux дуже повільно рухається до мікроядерної структури (завантажувані модулі з'явилися на початку, FUSE є останніми), але ще триває шлях.

Ще одне, що змінилося, - це підвищена актуальність віртуалізації на настільних комп'ютерах та вбудованих комп'ютерах високого класу: для деяких цілей відповідна різниця не між ядром та користувачем, а між гіпервізором та запрошеними ОС.

Мікроядер обмежує час перебування системи в режимі ядра, на відміну від простору користувачів, абсолютним можливим мінімумом.

Якщо в режимі ядра відбувається збій, все ядро ​​виходить з ладу, а це означає, що вся система виходить з ладу. Якщо в режимі користувача відбувається збій, просто цей процес приходить вниз. Linux є надійним у цьому плані, але все ще можливо будь-якій підсистемі ядра записати в пам'ять будь-якої іншої підсистеми ядра, цілеспрямовано або випадково.

Концепція мікроядра містить багато речей, які традиційно в режимі ядра, такі як мережа та драйвери пристроїв, в просторі користувачів. Оскільки мікроядро насправді не відповідає за багато, це також означає, що воно може бути простішим і надійнішим. Подумайте про те, як протокол IP, будучи простим і нерозумним, насправді призводить до надійних мереж, підштовхуючи складність до країв і залишаючи ядро ​​слабким і середнім.

Ви повинні прочитати іншу сторону випуску:

Екстремальні високоефективні обчислення або чому мікрокернели смоктають

Файлова система належить до ядра

Погляньте на архітектуру x86 - для монолітного ядра використовуються лише кільця 0 і 3. Справді. Але, знов, це може бути швидше, через меншу зміну контексту.

1. Монолітичне ядро ​​набагато старше мікрокенера . Він використовується в Unix, в той час як ідея мікроядер з'явилася наприкінці 1980-х .

2. Прикладами ОС, що мають монолітні ядра, є UNIX, LINUX, тоді як ОС, що мають мікроядер, - це QNX, L4, HURD і спочатку Mach (а не MacOS X), які згодом були перетворені в гібридне ядро. Навіть MINIX не є чистим мікроядром, оскільки його драйвери пристроїв збираються як частина ядра.

3. Монолітні ядра швидші, ніж мікроядра . Перший мікроядер Маха на 50% повільніше, ніж монолітні ядра. Більш пізні версії, як L4, лише на 2% або на 4% повільніше, ніж монолітне ядро .

4. Монолітні ядра, як правило, громіздкі, тоді як чистий мікроядер має бути невеликих розмірів , навіть вписуватися в кеш-пам'ять першого рівня процесора (мікрокерелля першого покоління).

5. У монолітних ядрах драйвери пристроїв перебувають у просторі ядра, тоді як драйвери пристроїв мікрокенера розташовані в просторі користувача .

6. Оскільки драйвери пристроїв перебувають у просторі ядра, це робить монолітне ядро менш захищеним, ніж мікрокерел (Збій у драйвері може призвести до збою). Мікрохвилі більш безпечні, ніж монолітні ядра, тому вони використовуються у багатьох військових пристроях.

7. Монолітні ядра використовують сигнали та розетки, щоб забезпечити IPC, тоді як підхід мікрокенера використовує черги повідомлень . 1- ^й рід мікроелементів погано реалізував IPC, тому вони були повільними на контекстних комутаторах.

8. Додавання нових функцій до монолітної системи означає перекомпіляцію всього ядра, тоді як ви можете додати нову функцію чи патчі без повторної компіляції

Windows NT (ядро, що лежить в основі поточних систем Windows) почав бути досить ванільним дизайном мікроядер. Через проблеми з продуктивністю все більше і більше кодів "userland" мігрує в "micokernel" ... сьогодні його структура мікроелементів є вестигіальною.

Справа в тому, що ядро ​​Linux є гібридом монолітного і мікрокенерального. У чистому монолітному виконанні немає модулів, що завантажуються під час виконання.

Терміни monolithic kernelі microkernelне може бути серйозно по порівнянні , оскільки вони описують різні аспекти розробки ядра (структура розміру по порівнянні з ).

Типовим монолітним ядром було ядро ​​SunOS-4.x, а Linux все ще схожий, оскільки ви вручну налаштовуєте вміст базового ядра.

Ядро Solaris (починаючи з 2.1 по 1992 р.) Вже не можна назвати монолітним, оскільки всі драйвери завантажуються автоматично на вимогу, а під час початкового завантаження завантажується лише крихітна частина.

SunOS-4.x і Solaris (SunOS-5.x) та Linux - це все реалізація одного контексту. Весь їх код працює в єдиному контексті MMU.

Mac OS X заснований на Mach і працює як багатоконтекстна реалізація з декількома процесами, розділеними контекстами MMU. У цій концепції водії знаходяться в окремих процесах та окремому контексті MMU.

Багато хто називає Mac OS X "мікроядерною системою", але, можливо, базове ядро ​​не менше основного ядра від Solaris.

Таким чином, здається , що було б краще говорити про single context kernelsVS. multi context kernels.