Linux çekirdeği mikro çekirdekli mimarilere kıyasla nasıldır?

Bir kez okudum, bir mikro çekirdek mimarisinin bir avantajı, tüm sistemi yeniden başlatmaya gerek kalmadan ağ ve dosya sistemleri gibi temel hizmetleri durdurabileceğiniz / başlatabildiğinizdir. Fakat bugünlerde Linux çekirdeğinin (her zaman böyle miydi?) Aynı etkiyi elde etmek için modülleri kullanma seçeneği sunduğunu düşünürsek, mikro çekirdeğin (kalan) avantajları nelerdir?

Mikro çekirdekler , en içteki ve en güvenilir modda yekpare çekirdeklerden daha az kod çalıştırılmasını gerektirir . Bunun gibi birçok yönü vardır:

• Mikro çekirdekler temel olmayan özelliklerin (bağlı olmayan veya kullanılmayan donanıma ait sürücüler gibi) istedikleri zaman yüklenip boşaltılmasını sağlar. Bu, çoğunlukla modüller aracılığıyla Linux'ta gerçekleştirilebilir.
• Mikro çekirdekler daha sağlamdır: çekirdek olmayan bir bileşen çöktüğünde, tüm sistemi onunla birlikte almayacaktır. Bir buggy dosya sistemi veya cihaz sürücüsü bir Linux sistemini çökertebilir. Linux, kodlama uygulamaları ve sınamaları dışında bu sorunları azaltmanın bir yoluna sahip değildir.
• Mikro çekirdekler daha küçük güvenilir bir bilgi işlem tabanına sahiptir . Bu nedenle, kötü amaçlı bir aygıt sürücüsü veya dosya sistemi bile tüm sistemi kontrol edemez (örneğin, en son USB aygıtınız için şüpheli kaynaklı bir sürücü sabit diskinizi okuyamaz).
• Önceki noktanın bir sonucu, sıradan kullanıcıların, monolitik bir çekirdekte çekirdek bileşenleri olacak kendi bileşenlerini yükleyebilmeleridir.

Unix GUI'leri, kullanıcı kodu olan (video aygıtı sürücüsünün bir kısmı hariç) X penceresi aracılığıyla sağlanır. Pek çok modern birim sıradan kullanıcıların FUSE üzerinden dosya sistemi sürücülerini yüklemelerine izin veriyor . Linux ağ paket filtrelemenin bir kısmı kullanıcı alanlarında yapılabilir. Bununla birlikte, aygıt sürücüleri, zamanlayıcılar, bellek yöneticileri ve çoğu ağ protokolü hala yalnızca çekirdektir.

Tanenbaum-Torvalds'ın tartışması klasik (eğer tarihli ise) Linux ve mikro çekirdeği hakkında okur . Yirmi yıl sonra, Linux'un mikro çekirdekli bir yapıya doğru çok yavaş hareket ettiğini söyleyebiliriz (yüklenebilir modüller daha erken ortaya çıktı, FUSE daha yakın zamanda), ancak hala çok uzun bir yol var.

Değişen bir diğer şey ise, masaüstü ve üst seviye gömülü bilgisayarlarda sanallaştırmanın artan ilgisidir : Bazı amaçlar için, ilgili ayrım çekirdek ve kullanıcı alanı arasında değil, hiper yönetici ve konuk işletim sistemleri arasındadır.

Bir mikro çekirdek, sistemin çekirdek modunda kaldığı süreyi, kullanıcı alanının aksine mümkün olan asgari düzeyde sınırlar.

Çekirdek modunda bir çökme olursa, çekirdeğin tamamı düşer ve bu, tüm sistemin kapandığı anlamına gelir. Kullanıcı modunda bir kilitlenme olursa, sadece bu işlem geçer. Linux bu konuda sağlamdır, ancak herhangi bir çekirdek alt sisteminin, herhangi bir kasıtlı veya yanlışlıkla, başka bir çekirdek alt sisteminin belleği üzerine yazması hala mümkündür.

Mikro çekirdek kavramı, ağ ve aygıt sürücüleri gibi geleneksel olarak çekirdek modu olan birçok şeyi kullanıcı alanına yerleştirir. Mikro çekirdek çok fazla sorumlu olmadığından, bu daha basit ve daha güvenilir olabileceği anlamına gelir. IP protokolünün basit ve aptalca olmasının yollarını düşünün, karmaşıklığı kenarlara iterek ve çekirdeği zayıf ve ortalama bırakarak gerçekten sağlam ağlara yol açar.

Konunun diğer tarafını okumalısınız:

Aşırı Yüksek Performanslı Bilgi İşlem veya Neden Mikro Çekirdekler Emiliyor?

Çekirdeğe Ait Dosya Sistemi

Sadece x86 mimarisine bir bakın - monolitik çekirdek sadece 0 ve 3 numaralı halkaları kullanır . Ancak, daha az bağlam değişikliği nedeniyle, daha hızlı olabilir.

1. Monolitik çekirdek, mikro çekirdekten çok daha eskidir . 1980'lerin sonunda mikro çekirdek fikri ortaya çıkarken Unix'te kullanılıyor .

2. Monolitik çekirdeğe sahip olan OS'lerin örnekleri UNIX, LINUX iken, mikro çekirdeğe sahip olan OS'ler QNX, L4, HURD ve başlangıçta Mach (MacOS X değil) daha sonra hibrit çekirdeğe dönüştürülmüşlerdir. MINIX bile saf bir mikro çekirdek değil, çünkü aygıt sürücüleri çekirdeğin bir parçası olarak derleniyor.

3. Monolitik çekirdekler mikro çekirdeklerden daha hızlıdır . İlk Mach mikro çekirdeği monolitik çekirdekten% 50 daha yavaştır. L4 gibi daha sonraki sürümler monolitik çekirdekten yalnızca % 2 veya% 4 daha yavaştır .

4. Monolitik çekirdekler genellikle hacimlidir, ancak saf mikro çekirdeğin küçük boyutta olması gerekir , hatta işlemcinin ilk düzey önbelleğine (birinci nesil mikro çekirdek) sığar.

5. Monolitik çekirdeklerde, aygıt sürücüleri çekirdek alanında , mikro çekirdek aygıt sürücüleri ise kullanıcı alanında bulunur .

6. Aygıt sürücüleri çekirdek alanında bulunduğundan, monolitik çekirdeği mikro çekirdeğe göre daha az güvenli kılar (Sürücüdeki hatalar çökmeye neden olabilir). Mikro çekirdekler monolitik çekirdeklerden daha güvenlidir , bu nedenle birçok askeri cihazda kullanılırlar.

7. Monolitik çekirdekler , IPC'yi sağlamak için sinyalleri ve soketleri kullanırken, mikro çekirdek yaklaşımı ileti kuyruklarını kullanır . 1 ^st onlar bağlam anahtarları üzerinde yavaş böylece mikro çekirdeği gen kötü IPC uyguladı.

8. Bir monolitik sisteme yeni özellikler ekleme anlamına bütün çekirdeği derlemeye yeni özellik veya yamaları ekleyebilir ise yeniden derleme olmadan

Windows NT (şu anki Windows sistemlerin altında yatan çekirdek) oldukça vanilyalı bir mikro çekirdek tasarımı olarak başladı. Performans sorunları nedeniyle, “kullanıcı alanı” kodunun gittikçe daha fazla “micokernel” e taşındığı ... bugün mikrokernel yapı artık rastlantısaldır.

Durum şu ki, linux çekirdeği monolitik ve mikro çekirdeğin bir melezidir. Saf bir monolitik uygulamada çalışma zamanında yükleme yapan modül yoktur.

Şartlar monolithic kernelve microkernelbunlar çekirdek tasarımı farklı yönlerini (yapı genel boyutu) da tarif edildiği gibi ciddi karşılaştırılamaz.

Tipik bir monolitik çekirdek SunOS-4.x çekirdeğiydi ve Linux hala benzerdir, çünkü temel çekirdeğin içeriğini el ile yapılandırırsınız.

Solaris çekirdeği (1992'den itibaren 2.1 ile başlayan), tüm sürücüler talep üzerine otomatik olarak yüklendiğinden ve ilk önyükleme sırasında yalnızca küçük bir parça yüklendiğinden artık monolitik olarak adlandırılamaz.

SunOS-4.x ve Solaris (SunOS-5.x) ve Linux, hepsi tek bağlam uygulamalarıdır. Kodlarının tamamı tek bir MMU bağlamında çalışır.

Mac OS X, Mach tabanlıdır ve MMU bağlamları ile ayrılan çeşitli işlemlerle çok bağlamlı bir uygulama olarak çalışır. Bu kavramda, sürücüler ayrı işlemlerde ve ayrı MMU bağlamlarındadır.

Pek çok kişi Mac OS X'e "mikro çekirdek sistemi" diyor, ancak temel çekirdeğin Solaris'teki temel çekirdekten daha küçük olmadığı söylenebilir.

Bu yüzden single context kernelsvs hakkında konuşmak daha iyi olacak gibi görünüyor multi context kernels.