Mikrotuum sees Operatingimise süsteem: Architektuur, eelised
Nathaniel Brooks
⚡ Nutikas kokkuvõte
Mikrotuum on minimaalne operatsioonisüsteemi tuum, mis hoiab kerneli ruumis ainult olulisi funktsioone – mäluhaldust, protsesside ajastamist ja protsessidevahelist suhtlust –, samas kui seadmedraiverid, failiserverid ja muud teenused töötavad eraldi kasutajaruumis.
Enne kui me mikrotuuma õppima hakkame, uurime:
Mis on Kernel?
Kernel on operatsioonisüsteemi oluline osa, mis haldab süsteemiressursse. See toimib ka sillana arvuti tarkvara ja riistvara vahel. See on üks esimesi programme, mis laaditakse käivitamisel pärast alglaadurit. Kernel vastutab ka turvalise juurdepääsu pakkumise eest masina riistvarale erinevate programmide jaoks. Samuti otsustab see, millal ja kui kaua teatud rakendus teatud riistvara kasutab.
Mis on Microkernel?
Mikrotuum on tarkvara või kood, mis sisaldab operatsioonisüsteemi rakendamiseks vajalikku minimaalset hulka funktsioone, andmeid ja omadusi. See pakub minimaalset arvu mehhanisme, mis on piisavalt hea operatsioonisüsteemi kõige põhilisemate funktsioonide käitamiseks. See võimaldab rakendada ka teisi operatsioonisüsteemi osi, kuna see ei kehtesta palju reegleid.
Mikrokernelid ja nende kasutajakeskkonnad on tavaliselt rakendatud C++ or C programmeerimiskeeled vähese kokkupanekuga. Mõne kõrgetasemelise kodeerimisega on aga võimalikud ka teised rakenduskeeled.
Mis on monoliitne tuum?
Monoliitne tuum käitab kõiki põhilisi süsteemiteenuseid, näiteks protsesside juhtimine, mäluhaldus, sisend-/väljundkommunikatsioon ja katkestuste käsitlemine, failisüsteem jne kerneli ruumis.
Seda tüüpi kerneli lähenemisviisi puhul töötab kogu operatsioonisüsteem ühe programmina kerneli režiimis. Operatsioonisüsteem on kirjutatud protseduuride kogumina, mis on omavahel ühendatud suureks käivitatavaks binaarprogrammiks.
Mikrotuum Architektuur
Mikrotuum on operatsioonisüsteemi korrektse rakendamise kõige olulisem osa. Nagu allolevalt diagrammilt näha, täidab mikrotuum põhitoiminguid, nagu mälu, protsesside ajastamise mehhanismid ja protsessidevaheline suhtlus.
Mikrokerneli baasil Operating System
Mikrotuum on ainus tarkvara, mis töötab privilegeeritud tasemel. Operatsioonisüsteemi muud olulised funktsioonid on kerneli režiimist eemaldatud ja töötavad kasutajarežiimis. Need funktsioonid võivad olla seadme draiverid, rakendused, failiserverid, protsessidevaheline suhtlus jne.
Mikrokerneli komponendid
Mikrotuum hõlmab ainult süsteemi põhifunktsioone. Komponent lisatakse mikrotuuma ainult siis, kui selle väljapoole paigutamine häiriks süsteemi funktsionaalsust. Kõik muud mittevajalikud komponendid tuleks panna kasutajarežiimi.
Mikrotuuma minimaalsed vajalikud funktsioonid on:
- Mälu haldamine Mikrotuuma peaks sisaldama selliseid mehhanisme nagu aadressiruumid. See sisaldab ka mälukaitse funktsioone.
- Protsessori ajastamise mehhanismid peaksid sisaldama protsesside ja lõimede planeerijaid.
- Protsessidevaheline suhtlus haldab servereid, mis käitavad oma aadressiruume.
Erinevus mikrokerneli ja monoliitse tuuma vahel
| parameetrid | Monoliitne tuum | Mikrotuum |
|---|---|---|
| Põhi- | See on mahukas protsess, mis töötab ühes aadressiruumis. | Seda saab jagada eraldi protsessideks, mida nimetatakse serveriteks. |
| Code | Monoliitse kerneli kirjutamiseks on vaja vähem koodi. | Mikrokerneli kirjutamiseks on vaja rohkem koodi. |
| TURVALISUS | Kui teenus jookseb kokku, variseb kogu süsteem monoliitses kernelis kokku. | Kui teenus jookseb kokku, ei mõjuta see kunagi mikrokerneli tööd. |
| KOMMUNIKATSIOON | See on üks staatiline binaarfail. | Serverid suhtlevad IPC kaudu. |
| Näide | Linux, BSD-d, Microsoft Windows (95, 98, mina) Solaris, OS-9, AIX, DOS, XTS-400 jne. | L4Linux, QNX, Symbian, K42, Mac OS X, IntegrityJne |
Mikrokerneli eelised
Siin on mikrotuuma kasutamise plussid/eelised:
- Mikrotuuma arhitektuur on väike ja isoleeritud, seetõttu saab see paremini toimida.
- Mikrotuumad on turvalised, kuna kaasatud on ainult need komponendid, mis muidu süsteemi funktsionaalsust häiriksid.
- Süsteemi laiendamine on kättesaadavam, nii et seda saab süsteemirakendusse lisada ilma kerneli häirimata.
- Mikrotuumad on modulaarsed ja erinevaid mooduleid saab asendada, uuesti laadida või muuta ilma kerneli puudutamata.
- Võrreldes monoliitsete süsteemidega on vähem süsteemi krahh.
- Mikrotuuma liides aitab teil rakendada moodulimat süsteemistruktuuri.
- Uusi funktsioone saab lisada ilma uuesti kompileerimata.
- Serveri rike on samuti isoleeritud, nagu iga teise kasutajaprogrammi rike.
- Mikrotuumasüsteem on paindlik, seega saavad süsteemis koos eksisteerida erinevate serverite poolt rakendatud erinevad strateegiad ja API-d.
- Suurem turvalisus ja stabiilsus tulenevad kerneli režiimis töötava koodi väiksemast mahust.
Mikrotuuma puudused
Siin on mikrotuuma kasutamise puudused/miinused:
- Teenuste pakkumine mikrotuumasüsteemis on tavalise monoliitse süsteemiga võrreldes kallim.
- Kontekstilülitit või funktsioonikõnet on vaja siis, kui draiverid on rakendatud vastavalt protseduuride või protsessidena.
- Mikrokerneli süsteemi jõudlus võib olla ükskõikne ja põhjustada mõningaid probleeme.
