风雨兼程

摘自   http://linux.chinaitlab.com/kernel/719500.html


    所有的Unix内核都同宗同源，并且提供相同的API，现代的Unix内核存在许多设计上的相似之处。Unix内核几乎毫无例外的都是一个不可分割的静态可执行块（文件）。也就是说，它们必须以完整、单独的可执行块的形式在一个单独的地址空间中运行。Unix内核几乎都需要硬件系统提供页机制以管理内存。这种页机制可以加强内存空间的保护，并保证每个进程都可以运行于不同的虚地址空间上。

    单内核与微内核设计之比较
    操作系统内核可以分为两大设计阵营：单内核和微内核（第三阵营外内核，主要用在科研系统中，但也逐渐在现实世界中壮大起来）。

    单内核是两大阵营中一种较为简单的设计，在1980年之前，所有的内核都设计成单内核。所谓单内核就是把它从整体上作为一个单独的大过程来实现，并同时运行在一个单独的地址空间。因此，这样的内核通常以单个静态二进制文件的形式存放于磁盘。所有内核服务都在这样的一个大内核空间中运行。内核之间的通信是微不足道的，因为大家都运行在内核态，并身处同一地址空间：内核可以直接调用函数，这与用户空间没有什么区别。这种模式的支持者认为单模块具有简单和高性能的特点。大多数Unix系统都设计为单模块。

    另一方面，微内核并不作为一个单独的大过程来实现。相反，微内核的功能被划分为独立的过程，每个过程叫做一个服务器。理想情况下，只有强烈请求特权服务的服务器才运行在特权模式下，其他服务器都运行在用户空间。不过，所有的服务器都保持独立并运行在各自的地址空间。因此，就不可能像单模块内核那样直接调用函数，而是通过消息传递处理微内核通信：系统采用了进程间通信(IPC)机制，因此，各种服务器之间通过IPC机制互通消息，互换“服务”。服务器的各自独立有效地避免了一个服务器的失效祸及另一个。

    同样，模块化的系统允许一个服务器为了另一个服务器而换出。因为IPC机制的开销比函数调用多，又因为会涉及内核空间到用户空间的上下文切换，因此，消息传递需要一定的周期，而单内核中简单的函数调用没有这些开销。基于此，付之于实际的微内核系统让大部分或全部服务器位于内核，这样，就可以直接调用函数，消除频繁的上下文切换。Windows NT内核和Mach（Mac OS X的组成部分）是微内核的典型实例。不管是Windows NT还是Mac OS X，都在其新近版本中不让任何微内核服务器运行在用户空间，这违背了微内核设计的初衷。

    Linux是一个单内核，也就是说，Linux内核运行在单独的内核地址空间。不过，Linux汲取了微内核的精华：其引以为豪的是模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块的能力。不仅如此，Linux还避其微内核设计上性能损失的缺陷，让所有事情都运行在内核态，直接调用函数，无需消息传递。至今，Linux是模块化的、多线程的以及内核本身可调度的操作系统。实用主义再次占了上风。

    当Linus和其他内核开发者设计Linux内核时，他们并没有完全彻底地与Unix诀别。他们充分地认识到，不能忽视Unix的底蕴（特别是Unix的API）。而由于Linux并没有基于某种特定的Unix，Linus和他的伙伴们对每个特定的问题都可以选择已知最理想的解决方案—在有些时候，当然也可以创造一些新的方案。以下是对Linux内核与Unix各种变体的内核特点所作的分析比较：
    ·Linux支持动态加载内核模块。尽管Linux内核也是单内核，可是允许在需要的时候动态地卸除和加载部分内核代码。

    ·Linux支持对称多处理（SMP）机制，尽管许多Unix的变体也支持SMP，但传统的Unix并不支持这种机制。

    ·Linux内核可以抢占（preemptive）。与传统的Unix不同，Linux内核具有允许在内核运行的任务优先执行的能力。在其他各种Unix产品中，只有Solaris和IRIX支持抢占，但是大多数传统的Unix内核不支持抢占。

    ·Linux对线程支持的实现比较有意思：内核并不区分线程和其他的一般进程。对于内核来说，所有的进程都一样—只不过其中的一些共享资源而已。

    ·Linux提供具有设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件，以及用户空间的设备文件系统（sysfs）。

    ·Linux忽略了一些被认为是设计得很拙劣的Unix特性，像STREAMS，它还忽略了那些实际上已经根本不会使用的过时标准。

    ·Linux体现了自由这个词的精髓。现有的Linux特性集就是Linux公开开发模型自由发展的结果。如果一个特性没有任何价值或者创意很差，没有任何人会被迫去实现它。相反的，在Linux的发展过程中已经形成了一种值得称赞的务实态度：任何改变都要针对现实中确实存在的问题，经过完善的设计并有正确简洁的实现。于是，许多其他现代Unix系统包含的特性，如内核换页机制，都被毫不迟疑的引入进来。

    不管Linux和Unix有多大的不同，它身上都深深地打上了Unix烙印。