linux的微内核与单内核

chaocolate

Linux大部分都是单内核的
操作系统内核可能是微内核，也可能是单内核（后者有时称之为宏内核Macrokernel）。
按照类似封装的形式，这些术语定义如下：
l 微内核（Microkernel kernel）――在微内核中，大部分内核都作为独立的进程在特
权状态下运行，它们通过消息传递进行通讯。在典型情况下，每个概念模块都有一个进
程。因此，如果在设计中有一个系统调用模块，那么就必然有一个相应的进程来接收系
统调用，并和能够执行系统调用的其它进程（或模块）通讯以完成所需任务。
在这些设计中，微内核部分经常只不过是一个消息转发站：当系统调用模块要给文件系
统模块发送消息时，消息直接通过内核转发。这种方式有助于实现模块间的隔离。（某
些时候，模块也可以直接给其它模块传递消息。）在一些微内核的设计中，更多的功能
，如I/O等，也都被封装在内核中了。但是最根本的思想还是要保持微内核尽量小，这样
只需要把微内核本身进行移植就可以完成将整个内核移植到新的平台上。其它模块都只
依赖于微内核或其它模块，并不直接直接依赖硬件。
微内核设计的一个优点是在不影响系统其它部分的情况下，用更高效的实现代替现有文
件系统模块的工作将会更加容易。我们甚至可以在系统运行时将开发出的新系统模块或
者需要替换现有模块的模块直接而且迅速的加入系统。另外一个优点是不需要的模块将
不会被加载到内存中，因此微内核就可以更有效的利用内存。
l 单内核（Monolithic kernel）――单内核是一个很大的进程。它的内部又可以被分为
若干模块（或者是层次或其它）。但是在运行的时候，它是一个独立的二进制大映象。
其模块间的通讯是通过直接调用其它模块中的函数实现的，而不是消息传递。
单内核的支持者声称微内核的消息传递开销引起了效率的损失。微内核的支持者则认为
因此而增加的内核设计的灵活性和可维护性可以弥补任何损失。
我并不想讨论这些问题，但必须说明非常有趣的一点是，这种争论经常会令人想到前几
年CPU领域中RISC和CISC的斗争。现代的成功CPU设计中包含了所有这两种技术，就像Li
nux内核是微内核和单一内核的混合产物一样。Linux内核基本上是单一的，但是它并不
是一个纯粹的集成内核。前面一章所介绍的内核模块系统将微内核的许多优点引入到Li
nux的单内核设计中。（顺便提一下，我考虑过一种有趣的情况，就是Linux的内核模块
系统可以将系统内核转化成为简单的不传递消息的微内核设计。虽然我并不赞成，但是
它仍然是一个有趣的想法。）
为什么Linux必然是单内核的呢？一个方面是历史的原因：在Linus的观点看来，通过把
内核以单一的方式进行组织并在最初始的空间中运行是相当容易的事情。这种决策避免
了有关消息传递体系结构，计算模块装载方式等方面的相关工作。（内核模块系统在随
后的几年中又进行了不断地改进。）
另外一个原因是充足的开发时间的结果。Linux既没有开发时间的限制，也没有深受市场
压力的发行进度。 所有的限制只有并不过分的对内核的修改与扩充。内核的单一设计在
内部实现了充分的模块化，在这种条件下的修改或增加都并不怎么困难。而且问题还在
于没有必要为了追求尚未证实的可维护性的微小增长而重写Linux的内核。（Linus曾多
次特别强调了如下的观点：为了这点利益而损耗速度是不值得的。）后面章节中的部分
内容将详细的重新考虑充足开发时间的效果。
如果Linux是纯微内核设计，那么向其它体系结构上的移植将会比较容易。实际上，有一
些微内核，如Mach微内核，就已经成功的证明了这种可移植性的优点。实际的情况是，
Linux内核的移植虽然不是很简单，但也绝不是不可能的：大约的数字是，向一个全新的
体系结构上的典型的移植工作需要30,000到60,000行代码，再加上不到20,000行的驱动
程序代码。（并不是所有的移植都需要新的驱动程序代码。）粗略的计算一下，我估计
一个典型的移植平均需要50,000行代码。这对于一个程序员或者最多一个程序小组来说
是力所能及的，可以在一年之内完成。虽然这比微内核的移植需要更多的代码，但是Li
nux的支持者将会提出，这样的Linux内核移植版本比微内核更能够有效的利用底层硬件
，因而移植过程中的额外工作是能够从系统性能的提高上得到补偿的。
这种特殊设计的权衡也不是很轻松就可以达到的，单内核的实现策略公然违背了传统的
看法，后者认为微内核是未来发展的趋势。但是由于单一模式（大部分情况下）在Linu
x中运行状态良好，而且内核移植相对来说比较困难，但没有明显地阻碍程序员团体的工
作，他们已经热情高涨地把内核成功的移植到了现存的大部分实际系统中，更不用说类
似掌上型电脑的一些看起来很不实际的目标了。只要Linux的众多特点仍然值得移植，新
的移植版本就会不断涌现。"


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u/31109/showart_314121.html