微內核操作系統(tǒng)MINIX3消息機制的研究與改進.pdf

1、微內核是與宏內核相對應的一個概念。由于硬件種類繁多，發(fā)展迅猛，以至于操作系統(tǒng)功能不斷膨脹，導致宏內核臃腫不堪。宏內核不但包括操作系統(tǒng)最基本的功能如中斷機制、時鐘機制、進程調度機制和通信機制等，還包括文件系統(tǒng)、內存管理、各種各樣的驅動程序等。其中，驅動程度又以代碼量大，安全性差而著稱。
　　微內核在架構上與宏內核有很大的差異，僅在內核中留下必不可少的東西，而將大量的操作系統(tǒng)服務作為獨立的進程運行在用戶態(tài)，這些用戶態(tài)的系統(tǒng)服務與微內核

2、共同組成原先宏內核所提供的服務。
　　架構上的不同對操作系統(tǒng)的通信機制造成了很大影響，在宏內核中，系統(tǒng)服務處于同一地址空間，通過直接的函數(shù)調用相互通信，方便便捷，但也正因為如此，一個服務的崩潰往往對整體操作系統(tǒng)造成較大影響。在微內核系統(tǒng)中，用戶態(tài)空間的各個服務進程需要相互配合以完成一個系統(tǒng)調用，由于這些進程擁有完全獨立的地址空間，它們需要通過微內核提供的消息轉發(fā)機制通信。由于消息通信需要特權級的切換，因此帶來安全性的同時也帶來了大

3、量的系統(tǒng)開銷，而這正是微內核系統(tǒng)的命門。
　　MINIX3是一個微內核操作系統(tǒng)，其通信機制是典型的微內核消息機制。消息通信有兩個特點，首先是無可避免的上下文切換，無論是發(fā)送消息還是接收消息，系統(tǒng)都必然陷入內核，以便操作內核中的數(shù)據(jù)結構，執(zhí)行調度等；其次是消息的在不同進程空間的復制。但事實上，通過重新設計消息通信機制，可以將一部分通信放在用戶態(tài)完成，在提高效率的同時不影響安全性，并且實現(xiàn)消息的零復制。
　　1.消除不必要的上下

4、文切換
　　消息通信中，是否陷入內核，一個決定性因素是是否需要進行進程調度，通過分析消息通信的具體場景發(fā)現(xiàn)，有些時候并不需要進行進程調度，也就是并不需要陷入內核。在每個進程的用戶態(tài)開辟一段內存共享區(qū)，將消息通信相關的數(shù)據(jù)結構映射到該內存區(qū)，在通信主體間共享，便可去除陷入內核的麻煩，直接在用戶態(tài)通信。
　　消息通信的主體是所有進程，如果在所有進程之間、在用戶態(tài)共享所有進程的內核數(shù)據(jù)結構會有諸多缺點，考慮到系統(tǒng)服務進程個數(shù)固定，