Unix內(nèi)核知識講解
今天，我們來對Unix內(nèi)核的知識進行講解。學習了很多關(guān)于Unix內(nèi)核的知識。我們知道所有的Unix內(nèi)核都同宗同源，并且提供相同的API，現(xiàn)代的Unix內(nèi)核存在許多設(shè)計上的相似之處。
Unix內(nèi)核幾乎毫無例外的都是一個不可分割的靜態(tài)可執(zhí)行塊（文件）。也就是說，它們必須以完整、單獨的可執(zhí)行塊的形式在一個單獨的地址空間中運行。Unix內(nèi)核幾乎都需要硬件系統(tǒng)提供頁機制以管理內(nèi)存。這種頁機制可以加強內(nèi)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。
操作系統(tǒng)內(nèi)核可以分為兩大設(shè)計陣營：單內(nèi)核和微內(nèi)核（第三陣營外內(nèi)核，主要用在科研系統(tǒng)中，但也逐漸在現(xiàn)實世界中壯大起來）。
單內(nèi)核是兩大陣營中一種較為簡單的設(shè)計，在1980年之前，所有的內(nèi)核都設(shè)計成單內(nèi)核。所謂單內(nèi)核就是把它從整體上作為一個單獨的大過程來實現(xiàn)，并同時運行在一個單獨的地址空間。
因此，這樣的內(nèi)核通常以單個靜態(tài)二進制文件的形式存放于磁盤。所有內(nèi)核服務(wù)都在這樣的一個大內(nèi)核空間中運行。內(nèi)核之間的通信是微不足道的，因為大家都運行在內(nèi)核態(tài)，并身處同一地址空間：內(nèi)核可以直接調(diào)用函數(shù)，這與用戶空間沒有什么區(qū)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(shù)Unix內(nèi)核都設(shè)計為單模塊。
另一方面，微內(nèi)核并不作為一個單獨的大過程來實現(xiàn)。相反，微內(nèi)核的功能被劃分為獨立的過程，每個過程叫做一個服務(wù)器。理想情況下，只有強烈請求特權(quán)服務(wù)的服務(wù)器才運行在特權(quán)模式下，其他服務(wù)器都運行在用戶空間。
不過，所有的服務(wù)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(nèi)核那樣直接調(diào)用函數(shù)，而是通過消息傳遞處理微內(nèi)核通信：系統(tǒng)采用了進程間通信(IPC)機制，因此，各種服務(wù)器之間通過IPC機制互通消息，互換“服務(wù)”。服務(wù)器的各自獨立有效地避免了一個服務(wù)器的失效禍及另一個。Unix內(nèi)核也是如此。
同樣，模塊化的系統(tǒng)允許一個服務(wù)器為了另一個服務(wù)器而換出。因為IPC機制的開銷比函數(shù)調(diào)用多，又因為會涉及內(nèi)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(nèi)核中簡單的函數(shù)調(diào)用沒有這些開銷。
基于此，付之于實際的微內(nèi)核系統(tǒng)讓大部分或全部服務(wù)器位于內(nèi)核，這樣，就可以直接調(diào)用函數(shù)，消除頻繁的上下文切換。Windows NT內(nèi)核和Mach（Mac OS X的組成部分）是微內(nèi)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(nèi)核服務(wù)器運行在用戶空間，這違背了微內(nèi)核設(shè)計的初衷。關(guān)于Unix內(nèi)核，我們就介紹了這么多。
【編輯推薦】
