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微內核

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分别为monolithic 和微内核类的操作系统的结构

資訊科學中,微内核英语Microkernel,μ-kernel),又稱為微核心,是一種內核的設計架構,由一群盡可能將數量最小化的軟體程式組成,它們負責提供實作一個作業系統所需要的各種機制與功能。

概論[编辑]

微核心的設計理念,是將系統服務的實作,與系統的基本操作規則區分開來。它實作的方式,是將核心功能模組化,劃分成幾個獨立的行程,各自運行,這些行程被稱為服務(service)。所有的服務行程,都運行在不同的位址空間。只有需要絕對特權的行程,才能在具特權的執行模式下運行,其餘的行程則在使用者空間運行。

這樣的設計,使內核中最核心的功能,設計上變的更簡單。需要特權的行程,只有基本的线程管理,内存管理进程间通信等,這個部份,由一個簡單的硬體抽象層與關鍵的系統調用組成。其餘的服務行程,則移至使用者空間。

讓服務各自獨立,可以減少系統之間的耦合度,易於實作與除錯,也可增進可移植性。它可以避免單一組件失效,而造成整個系統崩潰,內核只需要重新啟動這個組件,不致於影響其他伺服器的功能,使系統穩定度增加。同時,作業系統也可以視需要,抽換或新增某些服務行程,使功能更有彈性。

因為所有服務行程都各自在不同位址空間運行,因此在微核心架構下,不能像集成式核心一樣直接進行函式調用。在微核心架構下,要建立一個行程間通訊機制,通過訊息傳遞的機制來讓服務行程間相互交換訊息,調用彼此的服務,以及完成同步。採用主從式架構,使得它在分散式系統中有特別的優勢,因為遠端系統與本地行程間,可以採用同一套行程間通訊機制。

但是因為行程間通訊耗費的資源與時間,比簡單的函式呼叫還多;通常又會涉及到核心空間到使用者空間的環境切換(context switch)。這使得訊息傳遞有延遲,以及傳輸量(throughput)受限的問題,因此微核心可能出現效能不佳的問題。

微核心列表[编辑]

微内核结构必然是多线程的,第一代微内核,在内核提供了较多的服务,因此被称为“胖微内核”,它的典型代表是Mach,它既是GNU HURD也是Mac OS X的内核。第二代微内核只提供最基本的OS服务,典型的OS是QNX,QNX在理论界很有名,被认为是一种先进的OS。L4微内核系列也是著名的微核心。

變種微核心[编辑]

包括Windows NTMac OS等,都採用微核心架構。但為了追求效能,他們將需要具備特權的服務組件放進核心空間,違反了微內核的基本設計原則。這被稱為混合核心