Достоинства и недостатки архитектуры ОС с микроядром

Основное достоинство микроядерной архитектуры — высокая степень модульности ядра операционной системы. Это существенно упрощает добавление в него новых компонентов. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая её работы, загружать и выгружать новые драйверы, файловые системы и т. д. Существенно упрощается процесс отладки компонентов ядра, так как новая версия драйвера может загружаться без перезапуска всей операционной системы. Компоненты ядра операционной системы ничем принципиально не отличаются от пользовательских программ, поэтому для их отладки можно применять обычные средства. Микроядерная архитектура повышает надежность системы, поскольку ошибка на уровне непривилегированной программы менее опасна, чем отказ на уровне режима ядра.

И чтобы добавить в ОС с микроядром драйвер того или иного устройства, не надо перекомпилировать всё ядро, а надо лишь отдельно откомпилировать этот драйвер и запустить его в пользовательском пространстве.

В то же время микроядерная архитектура операционной системы вносит дополнительные накладные расходы, связанные с обменом сообщениями, что отрицательно влияет на производительность. Для того чтобы микроядерная операционная система по скорости не уступала операционным системам на базе монолитного ядра, требуется очень аккуратно проектировать разбиение системы на компоненты, стараясь минимизировать взаимодействие между ними. Таким образом, основная сложность при создании микроядерных операционных систем — необходимость очень аккуратного проектирования.

127. В чём суть архитектуры ОС РВ с разделяемым ядром?

Архитектура гипервизора

Микроядро — это минимальная реализация функций ядра операционной системы.

Классические микроядра предоставляют лишь очень небольшой набор низкоуровневых примитивов, или системных вызовов, реализующих базовые сервисы операционной системы.

К ним относятся:

управление адресным пространством оперативной памяти.

управление адресным пространством виртуальной памяти.

управление процессами и потоками (нитями).

средства межпроцессной коммуникации.

Все остальные сервисы ОС, в классических монолитных ядрах предоставляемые непосредственно ядром, в микроядерных архитектурах реализуются в адресном пространстве пользователя (Ring3) и называются сервисами. Примерами таких сервисов, выносимых в пространство пользователя в микроядерных архитектурах, являются сетевые сервисы, файловая система, драйверы.

В этой архитектуре API

отсутствует вообще. Взаимодействие между компонентами системы (микроядрами) и

пользовательскими процессами осуществляется посредством обычного вызова функций,

поскольку и система, и приложения написаны на одном языке (Для ОСРВ SoftKernel это

C++).Это обеспечивает максимальную скорость системных вызовов.

Фактическое равноправие всех компонент системы обеспечивает возможность

переключения задач в любое время, т.е. система полностью preemptible.

Объектно-ориентированный подход обеспечивает модульность, безопасность, легкость

модернизации и повторного использования кода.

Роль API играет компилятор и динамический редактор объектных связей (linker). При

старте приложения динамический linker загружает нужные ему микроядра (т.е., в отличие от

предыдущих систем, не все компоненты самой операционной системы должны быть загружены

в оперативную память). Если микроядро уже загружено для другого приложения, оно повторно

не загружается, а использует код и данные уже имеющегося ядра. Это позволяет уменьшить

объем требуемой памяти.

Поскольку разные приложения разделяют одни микроядра, то они должны работать в

одном адресном пространстве. Следовательно, система не может использовать виртуальную

память и тем самым работает быстрее (так как исключаются задержки на трансляцию

виртуального адреса в физический).

Поскольку все приложения и сами микроядра работают в одном адресном пространстве,

то они загружаются в память, начиная с неизвестного на момент компиляции адреса.

Следовательно, приложения и микроядра не должны зависеть от начального адреса (как по

коду, так и поданным (последнее обеспечить значительно сложнее)). Это свойство

автоматически обеспечивает возможность записи приложений и модулей в ПЗУ, с их

последующим исполнением как в самом ПЗУ, так и оперативной памяти.

Микроядра по своим характеристикам напоминают структуры, используемые в других

операционных системах. Однако есть и свои различия.

128. Где преимущественно применяются ОС РВ с разделяемым ядром?

Как правило, это системы в промышленности, которые управляют довольно сложным и ответственным производством с очень высокими требованиями по времени реакции на аварийные ситуации, требованиями к надёжности и непрерывности управления.