Микроядерная архитектура ОС

В микроядерной архитектуре в привилегированном режиме работает только небольшая часть ОС, называемая микроядром.

В состав микроядра обычно входят машинно-зависимые модули и некоторые базовые модули, обеспечивающие управление процессами, устройствами ввода/вывода, прерываниями, виртуальной памятью и пересылкой сообщений, т.е. функции, которые трудно выполнить программам, работающим в режиме пользователя.

Все остальные более высокоуровневые функции ядра оформляются в виде специализированных компонентов ОС – серверов, работающих в пользовательском режиме. Основным назначением серверов является обслуживание запросов других приложений – клиентов (например, создание процесса, выделение памяти и т.д.). Роль посредника при взаимодействии выполняет микроядро.

Инициатором взаимодействия является клиент (рис. 3.9), который посылает запрос на обслуживание серверу. Непосредственная передача сообщений между приложениями невозможна, т. к. их адресные пространства изолированы друг от друга. Микроядро в привилегированном режиме имеет доступ к адресным пространствам всех приложений и поэтому может выступать в качестве посредника. Микроядро принимает сообщение клиента и передает его серверу. Сервер выполняет запрошенную операцию и передает результат клиенту (через микроядро) с помощью другого сообщения.

Рис. 3.9. Взаимодействие клиента и сервера

При таком построении ОС работает более медленно, чем ОС с классической архитектурой, т.к. чаще выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским – четыре перехода вместо двух (рис. 3.10). Именно по этой причине микроядерный подход не получил широкого распространения.

Однако подход с использованием микроядра имеет и существенные достоинства:

- облегчает разработку качественного и надежного программного обеспечения;

- облегчает реализацию дополнительных требований к современным ОС (переносимость, надежность, расширяемость и т.д.);

- возможность вызова функций одного приложения из другого приложения;

- имеет механизмы поддержки распределенных вычислений.

Рис. 3.10. Смена режимов при выполнении системного вызова

Наиболее ярким представителем микроядерной ОС является ОСРВ QNX, микроядро которой в разных версиях занимало объем от 8К до 46К, т.е. могло целиком разместиться во внутреннем кэше процессора.

ОС Windows, построенную на идеологии клиент-сервер, трудно назвать микроядерной из-за размера её ядра.

Вопрос 12. В чем заключается принцип безопасности и как он обеспечивается операционной системой?