Архитектура ОС с микроядром. Особенности, преимущества и недостатки.

Сравним две архитектуры: монолитную и микроядерную

серверы

Пользовательский режим

Привилегированный режим

Монолитная структура Микроядерная

При микроядерной архитектуре в привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС – микроядро. В него входят машинозависимые модули, аппаратура и базовые функции по управлению ресурсами (примерно равно уровню базовых механизмов ядра классической архитектуры). Все более высокоуровневые функции реализуются в виде приложений пользовательского режима, которые называются серверы.

Отличие утилит от серверов:

1. Утилиты вызываются пользователями для выполнения каких-либо отдельных функций, взаимодействия между ними практически нет. А отличие от этого, серверы (прежде всего менеджеры ресурсов), вызываются, прежде всего, приложениями для выполнения системных функций.

2. Серверы (менеджеры ресурсов) изначально создаются в расчете на взаимодействие друг с другом. Вся работа происходит через микроядро.

Достоинства микроядерной архитектуры:

1. Высокая переносимость, так как машинозависимый код изолирован в микроядре.
2. Очень высокая расширяемость, новые возможности добавляются в виде серверов.
3. Высокая надежность, каждый сервер выполняется в собственном, защищенном пространстве памяти. В случае сбоя, работа системы не страдает.
4. Хорошая поддержка распределенных вычислений, взаимодействие между микроядрами строится аналогично взаимодействию серверов.

Недостатки микроядерной архитектуры:

1. Производительность ниже, чем у классической (монолитной) архитектуры.

Монолитная

прилож прилож

ОС

Микроядерная

прилож сервер прилож

Микроядро микроядро

Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС - серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.