Сравнение двух архитектур: достоинства и недостатки

Каждая имеет свои достоинства и недостатки, поэтому ни одна из них не может полностью вытеснить другую. ОС с микроядерной архитектурой удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к современной ОС, обладая переносимостью, расширяемостью, надежностью.

Действительно, множественность и размытость межслойных интерфейсов классической ОС ухудшает расширяемость такой системы. Напротив, ограниченный набор четко определенных интерфейсов микроядра позволяет легко добавлять новые функции путем простой разработки новых приложений. Отключение ненужных функций ОС осуществляется изменением файла настроек начальной конфигурации системы.

Надежность системы с микроядром повышается потому, что каждый сервер работает в своей области памяти и не может влиять не только на микроядро, но и на другие модули ОС. Уменьшение кода микроядра также уменьшает вероятность ошибок.

Основным недостатком микроядерного подхода является снижение производительности, т.к. вместо обычных двух переключений режимов при выполнении системного вызова в ОС с классической архитектурой здесь происходит четыре переключения (см. рисунок выше).

Следовательно, ОС на основе микроядра при прочих равных условиях всегда будет менее производительной, чем ОС с классической архитектурой. Этим объясняется то, что микроядерный подход не получил того распространения, которое ему предрекали.

Для повышения производительности ОС некоторые часто используемые приложения вносятся в состав микроядра. Например, в ОС Windows NT 3.1, 3.5 диспетчер окон, графическая библиотека входили в состав сервера пользовательского режима. Частое использование этих приложений снижало производительность всей системы. Поэтому при разработке очередной версии системы — Windows NT 4.0 — эти функции были внесены в микроядро, что существенно повысило эффективность работы системы.

Архитектура большинства современных ОС содержит как черты монолитного ядра, так и элементы микроядерной архитектуры. Один из подходов выбирается в роли базового, с последующими коррективами в сторону альтернативного подхода. Ранее говорилось о необходимости перекомпиляции монолитного ядра для внесения изменений — например, для изменения аппаратных драйверов. В современных UNIX-системах этот недостаток устранен за счет динамической загрузки драйверов устройств. Т. е., хотя драйверы и работают в едином адресном пространстве, они должны иметь четко специфицированный интерфейс с остальной частью ядра ОС, чтобы обеспечить их загрузку в любой момент времени. В ядреLinux разрешена динамическая загрузка любых компонент ядра — т.н. модулей. В момент загрузки модуля его код загружается в адресное пространство ядра и связывается с остальной частью ядра.

Существуют системы с монолитным ядром под управлением микроядра (например, 4.4 BSD и MkLinux, основанные на микроядре Mach). Микроядро управляет виртуальной памятью и работой низкоуровневых драйверов. Остальные функции, в т. ч. взаимодействие с прикладными программами, выполняет монолитное ядро.

Операционная система Windows NT, например, хотя и cчитаеться микроядерной, но имеет также и черты классической ОС. Микроядро её слишком сложно и велико, чтобы иметь приставку «микро» (оно занимает более 1 мегабайта). Компоненты ядра взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений, как в микроядерной ОС. Но в то же время они работают в одном адресном пространстве и используют общие структуры данных, как ОС с монолитным ядром. Таким образом, ОС Windows NT с полным правом может называться гибридной.