Мікроядерна архітектура

Мікроядерна архітектура є альтернативою класичному способу побудови операційної системи. Під класичною архітектурою в даному випадку розуміється розглянута вище структурна організація ОС, відповідно до якої усі основні функції операційної системи, що становлять багатошарове ядро, виконуються в привілейованому режимі. При цьому деякі допоміжні функції ОС оформляються у вигляді додатків і виконуються в призначеному для користувача режимі разом із звичайними призначеними для користувача програмами (стаючи системними утилітами або оброблювальними програмами). Кожен додаток призначеного для користувача режиму працює у власному адресному просторі і захищений тим самим від якого-небудь втручання інших застосувань. Код ядра, що виконується в привілейованому режимі, має доступ до областей пам'яті усіх застосувань, але сам повністю від них захищений. Додатки звертаються до ядра із запитами на виконання системних функцій.

Суть мікроядерної архітектури полягає в наступному. У привілейованому режимі залишається працювати тільки дуже невелика частина ОС, що називається мікроядром (мал. 3.10). Мікроядро захищене від інших частин ОС і додатків. До складу мікроядра зазвичай входять машинно-залежні модулі, а також модулі, що виконують базові (але не усе!) функції ядра по управлінню процесами, обробці переривань, управлінню віртуальною пам'яттю, пересилці повідомлень і управлінню облаштуваннями введення-виводу, пов'язані із завантаженням або читанням регістрів пристроїв. Набір функцій мікроядра зазвичай відповідає функціям шару базових механізмів звичайного ядра. Такі функції операційної системи важко, якщо не неможливо, виконати в просторі користувача.

Мал. 3.10. Перенесення основного об'єму функцій ядра в призначений для користувача простір

Усі інші більше високорівневі функції ядра оформляються у вигляді додатків, працюючих в призначеному для користувача режимі. Однозначного рішення про те, які з системних функцій треба залишити в привілейованому режимі, а які перенести в призначений для користувача, не існує. У загальному випадку багато менеджерів ресурсів, що є невід'ємними частинами звичайного ядра, — файлова система, підсистеми управління віртуальною пам'яттю і процесами, менеджер безпеки і т. п., — стають «периферійними» модулями, працюючими в призначеному для користувача режимі.

Працюючі в призначеному для користувача режимі менеджери ресурсів мають принципові відмінності від традиційних утиліт і оброблювальних програм операційної системи, хоча при мікроядерній архітектурі усі ці програмні компоненти також оформлені у вигляді додатків. Утиліти і оброблювальні програми викликаються в основному користувачами. Ситуації, коли одному застосуванню потрібно виконання функції (процедури) іншого застосування, виникають украй рідко. Тому в операційних системах з класичною архітектурою відсутній механізм, за допомогою якого одно застосування могло б викликати функції іншого.

Зовсім інша ситуація виникає, коли у формі додатка оформляється частина операційної системи. За визначенням, основним призначенням такого застосування є обслуговування запитів інших застосувань, наприклад створення процесу, виділення пам'яті, перевірка прав доступу до ресурсу і т. д. Саме тому менеджери ресурсів, винесені в призначений для користувача режим, називаються серверами ОС, тобто модулями, основним призначенням яких є обслуговування запитів локальних застосувань і інших модулів ОС. Очевидно, що для реалізації мікроядерної архітектури необхідною умовою являється наявність в операційній системі зручного і ефективного способу виклику процедур одного процесу з іншого. Підтримка такого механізму і є одним з головних завдань мікроядра.

Контрольні запитання

1. Що таке ядро?
2. Які функції ядра ви можете назвати?
3. Що таке утиліти?
4. У чому полягає многослойність операційної системи?
5. Яка ОС є мікроядерною?
6. У чому полягає відмінність мікроядерної архітектури від інших видів?

Література

Електроний ресурс http://vv 303.narod.ru/files/inst/olifer/chapter3/default.htm