В. Столлингс - Операционные системы (1114679), страница 39
Текст из файла (страница 39)
'"' Как обычно, терминология в зтоа области непоследовательна. Терм летная опервционзвя система часто обозначаются операционные системы для которых в даннои книге употребляются названия монолитные и слоистые.:; Часть 2. б) Уигроядро э) мижклояяоо ядро Рис. 4.1д. Архитектура ядра В архитектуре с микроядром традиционное вертикальное расположение уров- заменяется горизонтальным (рис. 4.10,б).
Внешние по отношению к микроядру оненты операционной системы реализуются как обслуживающие процессы. собой они взаимодействуют как Равноправные партнеры; обычно взаимодейРеализуется с помощью обмена сообщениями, которые передаются через микТаким образом, ядро выступает в роли посредника: оно подтверждает прать сообщений.
передает их от одного компонента другому и предоставляет к аппаратному обеспечению. Кроме того, микроядро выполняет защитные ции: оно не пропускает сообщение, если такой обмен не разрешен. Например. если приложению нужно открыть файл, оно отправляет сообщесерверу Файловой системы. Если ему нужно создать процесс или поток, оно авляет сообщение серверу процессов.
Каждый из серверов может отправлять ""я другим серверам и обращаться к элементарным функциям микроядТак в к в одном компьютере реализуется архитектура типа клиент/сервер. :4остои тоииетца архитектуры с микроидрщи лит итературе отмечаются некоторые общие достоинства использования Роад а Ра Мм- 1с'1МК97, 1.1ЕЮ96а„%АУЖ94а)).
В их число входят следующее: еди„ оооразные интерфейсы; Рас111 ширяемость; .ч хзбк -' зге носимость; ,,,!~истоки, симметричная мУльтинРоцесссРная сбРаботка " ° надежность поддержка Ра~пределенных систем; ° поддержка объектно-ориентированных операционных систем. Использование микроядра предполагает единообразный интерфейс (пп11 ,г>асе) запросов, генерируемых процессами.
Процессам не нужно различа " выполняющиеся на уровне ядра и на пользовательском уровне, потому ,>и ко всем этим службам осуществляется только с помощью передачи сооб С появлением новых аппаратных устройств или методов программ >обую операционную систему неизбежно нужно будет пополнять новыми и, Архитектура с применением микроядра способствует ра х1епз1Ь1Иу) операционных систем, позволяя добавлять в них новые сер псже обеспечивать множественные сервисы в одной и той же Функцион асти.
Например, можно реализовать несколько различных способов орг ранения Файлов на дисках. Далее, вместо того чтобы помещать все зти .Раисы в ядро, каждый способ организации хранения можно реализовать', зоцесса на пользовательском уровне. Таким образом, из всего разнообразия:, >в пользователь может выбрать тот, который подходит ему больше других,, >влении нового свойства в операционную систему с архитектурой мик >чно добавить или модиФицировать лишь некоторые из серверов. Влияни~:-:: ти измененных серверов распространяется на ограниченное подмножество юме того, после модификации не нужно будет строить новое ядро.
С расширяемостью архитектуры микроядра тесно связано такое ее пс гибкость (Х1ех1Ь11йу). В операционную систему можно не только добавл ойства. но и удалять из нее те, которыми она обладает. Иногда зто нужно'.:. >лучить более компактную и эффективную версию. Операционная система; ядром не обязательно является маленькой. На самом деле ее структура пр .на к добавлению разнообразных возможностей.
Однако не для всех комп" :стемы нужно„чтобы они обладали, например, высоким уровнем безопасн .особностью к распределенным вычислениям. Если свойства, предъявляю >тельные требования к объему памяти, будут необязательными, базовый южет привлечь более широкий круг пользователей. Почти полная монополия компании 1лМ1 на многие комплектующие в вряд ли будет существовать бесконечно. Таким образом, привлекател вом операционной системы становится ее переносимость (рог1аЬ111су).
В а с микроядром специально предназначенный для конкретного процессора к6; крайней мере большая его часть, находится в микроядре. Поэтому измене рые потребуются для переноса системы на новый процессор, сводятся к имеют тенденцию к размещению в отдельных лопюческих группах. »>.ем большим объемом обладает программный продукт, тем труднееа, ть надежность его работы.
Хотя модульность и помогает повысить иад .'11аЬ1Иу) работы системы, архитектура с микроядром дает еще более ~е преимущества. Маленькое микроядро можно тщательно протести" 'пользование в нем небольшого количества интерфейсов прикладного ,"ровання повышает шансы на то, что сервисы операционной системы, >ощие вне ядра, будут реализованы с помощью качественного кода- Сис ограммист имеет в своем распоряжении ограниченное количество ин ~граниченные способы организации взаимодействия, поэтому он не смо,, цательно повлиять на другие системные компоненты.
Микроядро способствует поддержке распределенных систем (с11айг1Ьи$ес1 1е,да), к котоРым относЯтсЯ кластеРы, Управлнемые РаспРеделенными опеРаауя с иными системами. Сообщение, которое пересылается от обслуживаемого г,сса обслуживающему, должно содержать в себе идентификатор запрашивае. ого сервиса. Если распределенная система (т е.
кластер) сконфигурирована гак >то все процессы и сервисы в ней обладают уникальными идентификаторато, в сущности, на уровне микроядра образуется единый образ системы. „есс может отправлять сообщение, не зная, на какой именно машине нахоя сервис, к которому он обращается. К этому вопросу мы еще вернемся, об,~за а шестой части книги распределенные системы. Архитектура с микроядром хорошо работает в среде объектноаряеятированных операционных сисгем (оЬ)ест-ог1еп$ес1 орега 1пв яуи1еп>). Объ.тяо-ориентированный подход способствует более строгой разработке микрояди модульных расширений операционной системы.
Поэтому многие разработ„ики прилагают усилия для перехода к объектно-ориентированному конструированию 1У>>'АУХ94Ь1. Одним из многообещающих подходов, в котором сочетаются архитектура с микроядром и принципы объектно-ориентированных операционных систем, является подход с использованием компонентов 1МЕЯЯ961. Комповенть> — - это объекты с четко заданными интерфейсами, которые могут соединяться между собой, образуя программы по принципу строительных блоков. Во всех взаимодействиях между компонентами используются их интерфейсы.
Разработчики других систем, таких, как УК1пс)оъз 2000, не полагаются целиком и полностью на объектно-ориентированные методы, однако при разработке микроядра ояп широко применяют объектно-ориентированные принципы. Производительность микроядра Одним из часто упоминаемых потенциальных недостатков микроядер является их низкая производительность. Создание сообщения и отправка его через микроядро с последующим получением и декодированием ответа занимает больше времени, чем непосредственный вызов сервиса. Однако при этом в действие в~тупают и другие Факторы, поэтому трудно делать выводы о масштабах потери производительности и о том, есть ли она вообще. Р ~ЕВ Многое зависит от размеров и Функциональных возможностей микроядра.
В ~В9б4 подытожены результаты некоторых исследований, свидетельствующие о знач начительной потере производительности в так называемых микроядрах первого поко "околения. От этих потерь не удается избавиться, несмотря на усилия, на" вленные на оптимизацию кода микроядр». В попытке решить проблему разправлен о ационную критичс".ск ""вские серверы и драйверы.
Основными примерами такого подхода являззтся опе "ерационные системы МасЬ и СЬогиз. Избирательное увеличение функционально ьности микроядра приводит к снижению количества переключений между вольв„ вых зовательским режимом и режимом ядра, а также переключений адреспро~транств процессов. Хотя такой подход и снижает потери оизводите дительности, это происходит за счет сильных сторон архитектуры операонной си Друго системы с микроядром: минимальных интерфейсов, гибкости и т.п, "у"ой подход состоит в том, чтобы сделать микроядро не больше, а еще В 1ЫЕВ96Ь1 приводятся данные о том, что в микроядре, обладающем ежа ей Щ й архитектурой, удается избежать потерь производительности и на- Часть 2.
П 4 Потоки, симметричная мультипроцессорная обработка... 221 Функции л,"я работы ныи пространством Часть 2. П,, , - с этим повысить его гибкость и надежность. Чтобы вы имели пред , о Размерах микроядер, заметим, что типичное микроядро первого поко таит из ЗОО Кбайт кода и содержит в себе до 140 интерфейсов системн ов. Примером маленького микроядра второго поколения является ядр(э. цтонной системы Ь4 1НЛКТ97, Ь1ЕП951, которое состоит из 12 Кбайт ержит в себе 7 интерфейсов системных вызовов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
