微內(nèi)核:多個進(jìn)程通過(盡量小)內(nèi)核轉(zhuǎn)發(fā)消息.

宏內(nèi)核:一個進(jìn)程,直接調(diào)用

Linux大部分都是單內(nèi)核的

操作系統(tǒng)內(nèi)核可能是微內(nèi)核，也可能是單內(nèi)核（后者有時稱之為宏內(nèi)核Macrokernel）。按照類似封裝的形式，這些術(shù)語定義如下：?
l 微內(nèi)核（Microkernel
kernel）――在微內(nèi)核中，大部分內(nèi)核都作為單獨的進(jìn)程在特權(quán)狀態(tài)下運行，他們通過消息傳遞進(jìn)行通訊。在典型情況下，每個概念模塊都有一個進(jìn)程。因此，假如在設(shè)計中有一個系統(tǒng)調(diào)用模塊，那么就必然有一個相應(yīng)的進(jìn)程來接收系統(tǒng)調(diào)用，并和能夠執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的其他進(jìn)程（或模塊）通訊以完成所需任務(wù)。?
在這些設(shè)計中，微內(nèi)核部分經(jīng)常只但是是個消息轉(zhuǎn)發(fā)站：當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用模塊要給文檔系統(tǒng)模塊發(fā)送消息時，消息直接通過內(nèi)核轉(zhuǎn)發(fā)。這種方式有助于實現(xiàn)模塊間的隔
離。（某些時候，模塊也能夠直接給其他模塊傳遞消息。）在一些微內(nèi)核的設(shè)計中，更多的功能，如I/O等，也都被封裝在內(nèi)核中了。但是最根本的思想還是要保
持微內(nèi)核盡量小，這樣只需要把微內(nèi)核本身進(jìn)行移植就能夠完成將整個內(nèi)核移植到新的平臺上。其他模塊都只依賴于微內(nèi)核或其他模塊，并不直接直接依賴硬件。
微內(nèi)核設(shè)計的一個長處是在不影響系統(tǒng)其他部分的情況下，用更高效的實現(xiàn)代替現(xiàn)有文檔系統(tǒng)模塊的工作將會更加容易。我們甚至能夠在系統(tǒng)運行時將研發(fā)出的新系
統(tǒng)模塊或需要替換現(xiàn)有模塊的模塊直接而且迅速的加入系統(tǒng)。另外一個長處是無需的模塊將不會被加載到內(nèi)存中，因此微內(nèi)核就能夠更有效的利用內(nèi)存。?
l 單內(nèi)核（Monolithic kernel）――單內(nèi)核是個很大的進(jìn)程。他的內(nèi)部又能夠被分為若干模塊（或是層次或其他）。但是在運行的時候，他是個單獨的二進(jìn)制大映象。其模塊間的通訊是通過直接調(diào)用其他模塊中的函數(shù)實現(xiàn)的，而不是消息傳遞。?
單內(nèi)核的支持者聲稱微內(nèi)核的消息傳遞開銷引起了效率的損失。微內(nèi)核的支持者則認(rèn)為因此而增加的內(nèi)核設(shè)計的靈活性和可維護(hù)性能夠彌補(bǔ)任何損失。?
我并不想討論這些問題，但必須說明很有趣的一點是，這種爭論經(jīng)常會令人想到前幾年CPU領(lǐng)域中RISC和CISC的斗爭。現(xiàn)代的成功CPU設(shè)計中包含了任
何這兩種技術(shù)，就像Linux內(nèi)核是微內(nèi)核和單一內(nèi)核的混合產(chǎn)物相同。Linux內(nèi)核基本上是單一的，但是他并不是個純粹的集成內(nèi)核。前面一章所介紹的內(nèi)
核模塊系統(tǒng)將微內(nèi)核的許多長處引入到Linux的單內(nèi)核設(shè)計中。（順便提一下，我考慮過一種有趣的情況，就是Linux的內(nèi)核模塊系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)內(nèi)核轉(zhuǎn)化
成為簡單的不傳遞消息的微內(nèi)核設(shè)計。雖然我并不贊成，但是他仍然是個有趣的想法。）?
為什么Linux必然是單內(nèi)核的呢？一個方面是歷史的原因：在Linus的觀點看來，通過把內(nèi)核以單一的方式進(jìn)行組織并在最初始的空間中運行是相當(dāng)容易的
事情。這種決策避免了有關(guān)消息傳遞體系結(jié)構(gòu)，計算模塊裝載方式等方面的相關(guān)工作。（內(nèi)核模塊系統(tǒng)在隨后的幾年中又進(jìn)行了不斷地改進(jìn)。）?
另外一個原因是充足的研發(fā)時間的結(jié)果。Linux既沒有研發(fā)時間的限制，也沒有深受市場壓力的發(fā)行進(jìn)度。
任何的限制只有并但是分的對內(nèi)核的修改和擴(kuò)充。內(nèi)核的單一設(shè)計在內(nèi)部實現(xiàn)了充分的模塊化，在這種條件下的修改或增加都并不怎么困難。而且問題還在于沒有必
要為了追求尚未證實的可維護(hù)性的微小增長而重寫Linux的內(nèi)核。（Linus曾多次特別強(qiáng)調(diào)了如下的觀點：為了這點利益而損耗速度是不值得的。）后面章
節(jié)中的部分內(nèi)容將周詳?shù)闹匦驴紤]充足研發(fā)時間的效果。?
假如Linux是純微內(nèi)核設(shè)計，那么向其他體系結(jié)構(gòu)上的移植將會比較容易。實際上，有一些微內(nèi)核，如Mach微內(nèi)核，就已成功的證實了這種可移植性的長
處。實際的情況是，Linux內(nèi)核的移植雖然不是很簡單，但也絕不是不可能的：大約的數(shù)字是，向一個全新的體系結(jié)構(gòu)上的典型的移植工作需要30,000到
60,000行代碼，再加上不到20,000行的驅(qū)動程式代碼。（并不是任何的移植都需要新的驅(qū)動程式代碼。）粗略的計算一下，我估計一個典型的移植平均
需要50,000行代碼。這對于一個程式員或最多一個程式小組來說是力所能及的，能夠在一年之內(nèi)完成。雖然這比微內(nèi)核的移植需要更多的代碼，但是
Linux的支持者將會提出，這樣的Linux內(nèi)核移植版本比微內(nèi)核更能夠有效的利用底層硬件，因而移植過程中的額外工作是能夠從系統(tǒng)性能的提高上得到補(bǔ)
償?shù)摹?
這種特別設(shè)計的權(quán)衡也不是很輕松就能夠達(dá)到的，單內(nèi)核的實現(xiàn)策略公然違背了傳統(tǒng)的看法，后者認(rèn)為微內(nèi)核是未來發(fā)展的趨勢。但是由于單一模式（大部分情況
下）在Linux中運行狀態(tài)良好，而且內(nèi)核移植相對來說比較困難，但沒有明顯地阻礙程式員團(tuán)體的工作，他們已熱情高漲地把內(nèi)核成功的移植到了現(xiàn)存的大部分
實際系統(tǒng)中，更不用說類似掌上型電腦的一些看起來很不實際的目標(biāo)了。只要Linux的眾多特點仍然值得移植，新的移植版本就會不斷涌現(xiàn)。
另一篇文字
? ?? ???Linux內(nèi)核和傳統(tǒng)Unix內(nèi)核的比較
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? ? 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(jī)制以管理內(nèi)存。這種頁機(jī)制可以加強(qiáng)內(nèi)存空間的保護(hù)，并保證每個進(jìn)程都可以運行于不同的虛地址空間上。
? ? 單內(nèi)核與微內(nèi)核設(shè)計之比較
? ? 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）。
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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(jìn)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(rèn)為單模塊具有簡單和高性能
的特點。大多數(shù)Unix系統(tǒng)都設(shè)計為單模塊。
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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(qiáng)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(jìn)程間通信(IPC)機(jī)制，因此，各種服務(wù)器之間通過IPC機(jī)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。
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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(jī)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。
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Linux是一個單內(nèi)核，也就是說，Linux內(nèi)核運行在單獨的內(nèi)核地址空間。不過，Linux汲取了微內(nèi)核的精華：其引以為豪的是模塊化設(shè)計、搶占式內(nèi)
核、支持內(nèi)核線程以及動態(tài)裝載內(nèi)核模塊的能力。不僅如此，Linux還避其微內(nèi)核設(shè)計上性能損失的缺陷，讓所有事情都運行在內(nèi)核態(tài)，直接調(diào)用函數(shù)，無需消
息傳遞。至今，Linux是模塊化的、多線程的以及內(nèi)核本身可調(diào)度的操作系統(tǒng)。實用主義再次占了上風(fēng)。
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當(dāng)Linus和其他內(nèi)核開發(fā)者設(shè)計Linux內(nèi)核時，他們并沒有完全徹底地與Unix訣別。他們充分地認(rèn)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(dāng)然也
可以創(chuàng)造一些新的方案。以下是對Linux內(nèi)核與Unix各種變體的內(nèi)核特點所作的分析比較：
? ? ·Linux支持動態(tài)加載內(nèi)核模塊。盡管Linux內(nèi)核也是單內(nèi)核，可是允許在需要的時候動態(tài)地卸除和加載部分內(nèi)核代碼。
? ? ·Linux支持對稱多處理（SMP）機(jī)制，盡管許多Unix的變體也支持SMP，但傳統(tǒng)的Unix并不支持這種機(jī)制。
? ? ·Linux內(nèi)核可以搶占（preemptive）。與傳統(tǒng)的Unix不同，Linux內(nèi)核具有允許在內(nèi)核運行的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行的能力。在其他各種Unix產(chǎn)品中，只有Solaris和IRIX支持搶占，但是大多數(shù)傳統(tǒng)的Unix內(nèi)核不支持搶占。
? ? ·Linux對線程支持的實現(xiàn)比較有意思：內(nèi)核并不區(qū)分線程和其他的一般進(jìn)程。對于內(nèi)核來說，所有的進(jìn)程都一樣—只不過其中的一些共享資源而已。
? ? ·Linux提供具有設(shè)備類的面向?qū)ο蟮脑O(shè)備模型、熱插拔事件，以及用戶空間的設(shè)備文件系統(tǒng)（sysfs）。
? ? ·Linux忽略了一些被認(rèn)為是設(shè)計得很拙劣的Unix特性，像STREAMS，它還忽略了那些實際上已經(jīng)根本不會使用的過時標(biāo)準(zhǔn)。
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·Linux體現(xiàn)了自由這個詞的精髓。現(xiàn)有的Linux特性集就是Linux公開開發(fā)模型自由發(fā)展的結(jié)果。如果一個特性沒有任何價值或者創(chuàng)意很差，沒有任
何人會被迫去實現(xiàn)它。相反的，在Linux的發(fā)展過程中已經(jīng)形成了一種值得稱贊的務(wù)實態(tài)度：任何改變都要針對現(xiàn)實中確實存在的問題，經(jīng)過完善的設(shè)計并有正
確簡潔的實現(xiàn)。于是，許多其他現(xiàn)代Unix系統(tǒng)包含的特性，如內(nèi)核換頁機(jī)制，都被毫不遲疑的引入進(jìn)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

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的微内核和宏内核的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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