進(jìn)程間通信
我們提到過(guò)，當一個(gè)進(jìn)程需要操作系統的幫助，它可以通過(guò)系統調用讓內核來(lái)替它完成一些工作。迄今為止，我們已經(jīng)熟悉了系統調用的工作機制，并且已經(jīng)實(shí)現了不止一個(gè)系統調用。接下來(lái)你會(huì )發(fā)現，用戶(hù)進(jìn)程將會(huì )有更多事情依賴(lài)于內核。比如我們想實(shí)現一個(gè)文件系統，最起碼讀寫(xiě)硬盤(pán)的工作要求助于內核。這里我們可以逐漸地增加系統調用，但也可以采用另一種方案，就是將這些工作剝離出來(lái)，交給一些系統進(jìn)程來(lái)完成，讓內核只負責它必須負責的工作，比如進(jìn)程調度。這種將內核工作簡(jiǎn)單化的思想，便是微內核的基本思想。而所有工作通過(guò)系統調用扔給內核態(tài)的做法，被稱(chēng)為宏內核。
在基于宏內核的操作系統中，完成具體任務(wù)時(shí)，用戶(hù)進(jìn)程通過(guò)系統調用讓內核來(lái)做事，直來(lái)直去，我們之前已經(jīng)很熟悉了。在基于微內核的操作系統中，這個(gè)過(guò)程稍微復雜一些。在完成具體任務(wù)時(shí)，內核的角色很像是個(gè)中介。就比如我們將要實(shí)現的文件系統吧，設想用戶(hù)進(jìn)程P讀取一個(gè)文件，首先通過(guò)內核告訴進(jìn)程FS，然后FS再通過(guò)內核告訴驅動(dòng)程序(也是一個(gè)獨立的進(jìn)程)，驅動(dòng)程序讀取硬盤(pán)，返回結果。這樣一來(lái)，一項工作的完成變得有些曲折，需要多個(gè)進(jìn)程協(xié)同工作。于是，進(jìn)程間通信也就變得至關(guān)重要了。
到如今，我們的操作系統慢慢長(cháng)大，接下來(lái)我們要用它來(lái)管理磁盤(pán)和磁盤(pán)上的文件并管理內存等，這些都要向應用程序提供接口，到了必須決定用微內核還是宏內核的時(shí)候了。怎么辦呢?當然不能拋個(gè)硬幣了事。我們不妨先找兩個(gè)具體的例子來(lái)看看它們分別是怎么回事，看完了，明白了，再做決定也不遲。
微內核還是宏內核
微內核和宏內核的例子都非常好找。我們一直拿在手邊的Minix，以及每天在用的Linux，便是兩者的典型例子。Minix是微內核的，Linux則是宏內核的。
說(shuō)起這兩個(gè)例子，有一段軼事不能不提。那就是當年Tanenbaum和Linus一老一少的口舌之爭。話(huà)說(shuō)Linus寫(xiě)了個(gè)操作系統叫做Linux，使用的是宏內核，他把這個(gè)消息發(fā)在了comp.os.minix新聞組上，這時(shí)Tanenbaum說(shuō)話(huà)了，把Linux批評了一通，年輕氣盛的Linus于是發(fā)信回擊，這樣一來(lái)二去，為我們留下一段微內核與宏內核的經(jīng)典爭論。
爭論的全部?jì)热菰谶@里我們就不全部轉述了，讀者感興趣的話(huà)可以用搜索引擎很容易地搜到(或者在維基百科上看一下)，我們把其中的重點(diǎn)說(shuō)一下。在談到微內核和宏內核時(shí)，Andy(Andrew S. Tanenbaum)是這樣說(shuō)的：
老一點(diǎn)的操作系統都是宏內核的，也就是說(shuō)，整個(gè)操作系統是一個(gè)運行在核心態(tài)的單獨的a.out文件，這個(gè)二進(jìn)制文件包含進(jìn)程管理、內存管理、文件系統以及其他。具體實(shí)例包括UNIX、MS-DOS、 VMS、MVS、OS/360、MULTICS等。
另一種便是微內核，在這種系統中操作系統的大部分都運行在單獨的進(jìn)程，而且多數在內核之外。它們之間通過(guò)消息傳遞來(lái)通信。內核的任務(wù)是處理消息傳遞、中斷處理、底層的進(jìn)程管理，以及可能的I/O。這種設計的實(shí)例有RC4000、Amoeba、Chorus、Mach，以及還沒(méi)有發(fā)布的Windows/NT。
我完全可以(但不必)再講述一段關(guān)于兩者之間相對優(yōu)勢的很長(cháng)的故事，然而在實(shí)際設計操作系統的人中間說(shuō)說(shuō)就夠了，爭論實(shí)際上已經(jīng)結束。微內核已經(jīng)取得了勝利。對于宏內核而言唯一的爭論焦點(diǎn)在于效率，不過(guò)已經(jīng)有足夠的證據表明微內核可以像宏內核一樣快(比如Rick Rashid已經(jīng)發(fā)表了Mach 3.0和宏內核系統的比較報告)所以那不過(guò)是喊喊而已罷了。
Minix是微內核的，文件系統和內存管理是單獨的進(jìn)程，它們運行在內核之外。I/O驅動(dòng)也是單獨的進(jìn)程(在內核之內，但僅僅是因為Intel CPU的糟糕設計使得很難不這樣做)。Linux是個(gè)宏內核的系統。這相當于向七十年代倒退了一大步。就好比將一個(gè)已存在的工作得很好的C程序用Basic重寫(xiě)一遍。在我看來(lái)，在1991年寫(xiě)一個(gè)宏內核的系統真不是個(gè)好主意?！?/p>
以上前兩段基本上可以被認為是宏內核和微內核的基本概念。從概念上我們不難猜到，宏內核看上去試圖包辦一切，而微內核恰恰相反，它的任務(wù)只是“處理消息傳遞、中斷處理、底層的進(jìn)程管理，以及可能的I/O”，而其他事情都交給內核之外單獨的進(jìn)程來(lái)完成。
在這段文字中Andy不但闡述了宏內核和微內核的概念，擺明了對于這個(gè)問(wèn)題鮮明的觀(guān)點(diǎn)，而且他也毫不掩飾自己對宏內核的不屑。而且這種不屑讓他認為L(cháng)inux簡(jiǎn)直是技術(shù)的倒退。在隨后的文字中，對于Linux的可移植性Andy也做了不客氣的批評。也難怪Linus對此非常惱火。從Linus的第一個(gè)回復開(kāi)始，這場(chǎng)爭論開(kāi)始變得精彩起來(lái)。
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