Posted on 2009-06-24 21:27
silentneil 閱讀(162)
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操作系統
摘自 http://linux.chinaitlab.com/kernel/719500.html
所有的Unix內核都同宗同源，并且提供相同的API，現代的Unix內核存在許多設計上的相似之處。Unix內核幾乎毫無例外的都是一個不可分割的靜態可執行塊（文件）。也就是說，它們必須以完整、單獨的可執行塊的形式在一個單獨的地址空間中運行。Unix內核幾乎都需要硬件系統提供頁機制以管理內存。這種頁機制可以加強內存空間的保護，并保證每個進程都可以運行于不同的虛地址空間上。
單內核與微內核設計之比較
操作系統內核可以分為兩大設計陣營：單內核和微內核（第三陣營外內核，主要用在科研系統中，但也逐漸在現實世界中壯大起來）。
單內核是兩大陣營中一種較為簡單的設計，在1980年之前，所有的內核都設計成單內核。所謂單內核就是把它從整體上作為一個單獨的大過程來實現，并同時運行在一個單獨的地址空間。因此，這樣的內核通常以單個靜態二進制文件的形式存放于磁盤。所有內核服務都在這樣的一個大內核空間中運行。內核之間的通信是微不足道的，因為大家都運行在內核態，并身處同一地址空間：內核可以直接調用函數，這與用戶空間沒有什么區別。這種模式的支持者認為單模塊具有簡單和高性能的特點。大多數Unix系統都設計為單模塊。
另一方面，微內核并不作為一個單獨的大過程來實現。相反，微內核的功能被劃分為獨立的過程，每個過程叫做一個服務器。理想情況下，只有強烈請求特權服務的服務器才運行在特權模式下，其他服務器都運行在用戶空間。不過，所有的服務器都保持獨立并運行在各自的地址空間。因此，就不可能像單模塊內核那樣直接調用函數，而是通過消息傳遞處理微內核通信：系統采用了進程間通信(IPC)機制，因此，各種服務器之間通過IPC機制互通消息，互換“服務”。服務器的各自獨立有效地避免了一個服務器的失效禍及另一個。
同樣，模塊化的系統允許一個服務器為了另一個服務器而換出。因為IPC機制的開銷比函數調用多，又因為會涉及內核空間到用戶空間的上下文切換，因此，消息傳遞需要一定的周期，而單內核中簡單的函數調用沒有這些開銷。基于此，付之于實際的微內核系統讓大部分或全部服務器位于內核，這樣，就可以直接調用函數，消除頻繁的上下文切換。Windows NT內核和Mach（Mac OS X的組成部分）是微內核的典型實例。不管是Windows NT還是Mac OS X，都在其新近版本中不讓任何微內核服務器運行在用戶空間，這違背了微內核設計的初衷。
Linux是一個單內核，也就是說，Linux內核運行在單獨的內核地址空間。不過，Linux汲取了微內核的精華：其引以為豪的是模塊化設計、搶占式內核、支持內核線程以及動態裝載內核模塊的能力。不僅如此，Linux還避其微內核設計上性能損失的缺陷，讓所有事情都運行在內核態，直接調用函數，無需消息傳遞。至今，Linux是模塊化的、多線程的以及內核本身可調度的操作系統。實用主義再次占了上風。
當Linus和其他內核開發者設計Linux內核時，他們并沒有完全徹底地與Unix訣別。他們充分地認識到，不能忽視Unix的底蘊（特別是Unix的API）。而由于Linux并沒有基于某種特定的Unix，Linus和他的伙伴們對每個特定的問題都可以選擇已知最理想的解決方案—在有些時候，當然也可以創造一些新的方案。以下是對Linux內核與Unix各種變體的內核特點所作的分析比較：
·Linux支持動態加載內核模塊。盡管Linux內核也是單內核，可是允許在需要的時候動態地卸除和加載部分內核代碼。
·Linux支持對稱多處理（SMP）機制，盡管許多Unix的變體也支持SMP，但傳統的Unix并不支持這種機制。
·Linux內核可以搶占（preemptive）。與傳統的Unix不同，Linux內核具有允許在內核運行的任務優先執行的能力。在其他各種Unix產品中，只有Solaris和IRIX支持搶占，但是大多數傳統的Unix內核不支持搶占。
·Linux對線程支持的實現比較有意思：內核并不區分線程和其他的一般進程。對于內核來說，所有的進程都一樣—只不過其中的一些共享資源而已。
·Linux提供具有設備類的面向對象的設備模型、熱插拔事件，以及用戶空間的設備文件系統（sysfs）。
·Linux忽略了一些被認為是設計得很拙劣的Unix特性，像STREAMS，它還忽略了那些實際上已經根本不會使用的過時標準。
·Linux體現了自由這個詞的精髓。現有的Linux特性集就是Linux公開開發模型自由發展的結果。如果一個特性沒有任何價值或者創意很差，沒有任何人會被迫去實現它。相反的，在Linux的發展過程中已經形成了一種值得稱贊的務實態度：任何改變都要針對現實中確實存在的問題，經過完善的設計并有正確簡潔的實現。于是，許多其他現代Unix系統包含的特性，如內核換頁機制，都被毫不遲疑的引入進來。
不管Linux和Unix有多大的不同，它身上都深深地打上了Unix烙印。