Микроядро в Operating система: Archiтекстура, предимства

Преди да научим за микроядрото, нека разберем:

Какво е Kernel?

Ядрото е важна част от операционната система, която управлява системните ресурси. То действа и като мост между софтуера и хардуера на компютъра. То е една от първите програми, които се зареждат при стартиране след буутлоудъра. Ядрото е отговорно и за осигуряването на сигурен достъп до хардуера на машината за различни програми. То също така решава кога и колко дълго дадено приложение използва специфичен хардуер.

Какво е Microkernel?

Микроядрото е софтуер или код, който съдържа необходимия минимален брой функции, данни и характеристики за имплементиране на операционна система. То предоставя минимален брой механизми, което е достатъчно за изпълнение на най-основните функции на операционната система. То позволява имплементирането на други части на операционната система, тъй като не налага много правила.

Микроядрата и техните потребителски среди обикновено се внедряват в C++ or C езици за програмиране с малко сглобяване. Въпреки това, други езици за изпълнение са възможни с известно кодиране на високо ниво.

Какво е монолитно ядро?

Монолитно ядро ​​изпълнява всички основни системни услуги, като например управление на процесите, управление на паметта, входно/изходна комуникация и обработка на прекъсвания, файлова система и др., в пространството на ядрото.

При този тип подход към ядрото, цялата операционна система работи като една програма в режим на ядрото. Операционната система е написана като съвкупност от процедури, които са свързани помежду си в голяма изпълнима двоична програма.

Микроядро Archiтекстура

Микроядрото е най-важната част за правилното внедряване на операционна система. Както можете да видите на диаграмата по-долу, микроядрото изпълнява основни операции като памет, механизми за планиране на процеси и комуникация между процесите.

Базиран на микроядро Operaтинг система

Микроядрото е единственият софтуер, изпълняван на привилегировано ниво. Другите важни функционалности на операционната система са премахнати от режим на ядрото и се изпълняват в потребителски режим. Тези функционалности могат да бъдат драйвери на устройства, приложения, файлови сървъри, комуникация между процеси и др.

Компоненти на Microkernel

Микроядрото обхваща само основните функционалности на системата. Даден компонент се включва в микроядрото само ако поставянето му извън него би прекъснало функционалността на системата. Всички останали несъществени компоненти трябва да бъдат поставени в потребителски режим.

Минималните функционалности, необходими за микроядрото, са:

• Управление на паметта Механизми като адресни пространства трябва да бъдат включени в микроядрото. То съдържа и функции за защита на паметта.
• Механизмите за планиране на процесора трябва да съдържат планировчици на процеси и нишки.
• Комуникацията между процесите управлява сървърите, които управляват свои собствени адресни пространства.

Разлика между микроядрото и монолитното ядро

Предимства на Microkernel

Ето плюсовете/ползите от използването на микроядро:

• Микроядрената архитектура е малка и изолирана, следователно може да функционира по-добре.
• Микроядрата са сигурни, защото са включени само онези компоненти, които иначе биха нарушили функционалността на системата.
• Разширяването на системата е по-достъпно, така че може да се добави към системното приложение, без да се нарушава ядрото.
• Микроядрата са модулни и различните модули могат да бъдат заменяни, презареждани или модифицирани, без дори да се докосва ядрото.
• По-малко системни сривове в сравнение с монолитни системи.
• Интерфейсът на микроядрото ви помага да наложите по-модулна системна структура.
• Нови функции могат да се добавят без прекомпилиране.
• Неизправността на сървъра също е изолирана, точно както неизправността на всяка друга потребителска програма.
• Микроядрената система е гъвкава, така че различни стратегии и API, внедрени от различни сървъри, могат да съществуват едновременно в системата.
• Повишената сигурност и стабилност са резултат от намаленото количество код, изпълняван в режим на ядрото.

Недостатъци на микроядрото

Ето недостатъците/минусите на използването на микроядро:

• Предоставянето на услуги в микроядрена система е скъпо в сравнение с нормална монолитна система.
• Превключване на контекст или извикване на функция е необходимо, когато драйверите са имплементирани съответно като процедури или процеси.
• Производителността на системата с микроядро може да бъде безразлична и да доведе до някои проблеми.

Въпроси и Отговори