Unix內(nèi)核與Linux內(nèi)核大比拼
大家都知道所有的Unix內(nèi)核都同宗同源，并且提供相同的API，現(xiàn)代的Unix內(nèi)核存在許多設(shè)計(jì)上的相似之處。而且Unix內(nèi)核幾乎毫無例外的都是一個(gè)不可分割的靜態(tài)可執(zhí)行塊（文件）。換句話說，它們必須以完整、單獨(dú)的可執(zhí)行塊的形式在一個(gè)單獨(dú)的地址空間中運(yùn)行。Unix內(nèi)核幾乎都需要硬件系統(tǒng)提供頁機(jī)制以管理內(nèi)存。這種頁機(jī)制可以加強(qiáng)內(nèi)存空間的保護(hù)，并保證每個(gè)進(jìn)程都可以運(yùn)行于不同的虛地址空間上。
Unix內(nèi)核與Linux內(nèi)核—單內(nèi)核與微內(nèi)核設(shè)計(jì)之比較
操作系統(tǒng)內(nèi)核可以分為兩大設(shè)計(jì)陣營(yíng)：?jiǎn)蝺?nèi)核和微內(nèi)核（第三陣營(yíng)外內(nèi)核，主要用在科研系統(tǒng)中，但也逐漸在現(xiàn)實(shí)世界中壯大起來）。
單內(nèi)核是兩大陣營(yíng)中一種較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，在1980年之前，所有的內(nèi)核都設(shè)計(jì)成單內(nèi)核。所謂單內(nèi)核就是把它從整體上作為一個(gè)單獨(dú)的大過程來實(shí)現(xiàn)，并同時(shí)運(yùn)行在一個(gè)單獨(dú)的地址空間。因此，這樣的內(nèi)核通常以單個(gè)靜態(tài)二進(jìn)制文件的形式存放于磁盤。
所有內(nèi)核服務(wù)都在這樣的一個(gè)大內(nèi)核空間中運(yùn)行。內(nèi)核之間的通信是微不足道的，因?yàn)榇蠹叶歼\(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，并身處同一地址空間：內(nèi)核可以直接調(diào)用函數(shù)，這與用戶空間沒有什么區(qū)別。這種模式的支持者認(rèn)為單模塊具有簡(jiǎn)單和高性能的特點(diǎn)。大多數(shù)Unix系統(tǒng)都設(shè)計(jì)為單模塊。
另一方面，微內(nèi)核并不作為一個(gè)單獨(dú)的大過程來實(shí)現(xiàn)。相反，微內(nèi)核的功能被劃分為獨(dú)立的過程，每個(gè)過程叫做一個(gè)服務(wù)器。理想情況下，只有強(qiáng)烈請(qǐng)求特權(quán)服務(wù)的服務(wù)器才運(yùn)行在特權(quán)模式下，其他服務(wù)器都運(yùn)行在用戶空間。不過，所有的服務(wù)器都保持獨(dú)立并運(yùn)行在各自的地址空間。
因此，就不可能像單模塊內(nèi)核那樣直接調(diào)用函數(shù)，而是通過消息傳遞處理微內(nèi)核通信：系統(tǒng)采用了進(jìn)程間通信(IPC)機(jī)制，因此，各種服務(wù)器之間通過IPC機(jī)制互通消息，互換“服務(wù)”。服務(wù)器的各自獨(dú)立有效地避免了一個(gè)服務(wù)器的失效禍及另一個(gè)。
同樣，模塊化的系統(tǒng)允許一個(gè)服務(wù)器為了另一個(gè)服務(wù)器而換出。因?yàn)镮PC機(jī)制的開銷比函數(shù)調(diào)用多，又因?yàn)闀?huì)涉及內(nèi)核空間到用戶空間的上下文切換，因此，消息傳遞需要一定的周期，而單內(nèi)核中簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用沒有這些開銷。
基于此，付之于實(shí)際的微內(nèi)核系統(tǒng)讓大部分或全部服務(wù)器位于內(nèi)核，這樣，就可以直接調(diào)用函數(shù)，消除頻繁的上下文切換。Windows NT內(nèi)核和Mach（Mac OS X的組成部分）是微內(nèi)核的典型實(shí)例。不管是Windows NT還是Mac OS X，都在其新近版本中不讓任何微內(nèi)核服務(wù)器運(yùn)行在用戶空間，這違背了微內(nèi)核設(shè)計(jì)的初衷。
Linux是一個(gè)單內(nèi)核，也就是說，Linux內(nèi)核運(yùn)行在單獨(dú)的內(nèi)核地址空間。不過，Linux汲取了微內(nèi)核的精華：其引以為豪的是模塊化設(shè)計(jì)、搶占式內(nèi)核、支持內(nèi)核線程以及動(dòng)態(tài)裝載內(nèi)核模塊的能力。不僅如此，Linux還避其微內(nèi)核設(shè)計(jì)上性能損失的缺陷，讓所有事情都運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，直接調(diào)用函數(shù)，無需消息傳遞。至今，Linux是模塊化的、多線程的以及內(nèi)核本身可調(diào)度的操作系統(tǒng)。實(shí)用主義再次占了上風(fēng)。
當(dāng)Linus和其他內(nèi)核開發(fā)者設(shè)計(jì)Linux內(nèi)核時(shí)，他們并沒有完全徹底地與Unix訣別。他們充分地認(rèn)識(shí)到，不能忽視Unix的底蘊(yùn)（特別是Unix的API）。而由于Linux并沒有基于某種特定的Unix，Linus和他的伙伴們對(duì)每個(gè)特定的問題都可以選擇已知最理想的解決方案—在有些時(shí)候，當(dāng)然也可以創(chuàng)造一些新的方案。
以下是對(duì)Linux內(nèi)核與Unix內(nèi)核特點(diǎn)所作的分析比較：
·Linux支持動(dòng)態(tài)加載內(nèi)核模塊。盡管Linux內(nèi)核也是單內(nèi)核，可是允許在需要的時(shí)候動(dòng)態(tài)地卸除和加載部分內(nèi)核代碼。
·Linux支持對(duì)稱多處理（SMP）機(jī)制，盡管許多Unix的變體也支持SMP，但傳統(tǒng)的Unix并不支持這種機(jī)制。
·Linux內(nèi)核可以搶占（preemptive）。與傳統(tǒng)的Unix不同，Linux內(nèi)核具有允許在內(nèi)核運(yùn)行的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行的能力。在其他各種Unix產(chǎn)品中，只有Solaris和IRIX支持搶占，但是大多數(shù)傳統(tǒng)的Unix內(nèi)核不支持搶占。
·Linux對(duì)線程支持的實(shí)現(xiàn)比較有意思：內(nèi)核并不區(qū)分線程和其他的一般進(jìn)程。對(duì)于內(nèi)核來說，所有的進(jìn)程都一樣—只不過其中的一些共享資源而已。
·Linux提供具有設(shè)備類的面向?qū)ο蟮脑O(shè)備模型、熱插拔事件，以及用戶空間的設(shè)備文件系統(tǒng)（sysfs）。
·Linux忽略了一些被認(rèn)為是設(shè)計(jì)得很拙劣的Unix特性，像STREAMS，它還忽略了那些實(shí)際上已經(jīng)根本不會(huì)使用的過時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
·Linux體現(xiàn)了自由這個(gè)詞的精髓。現(xiàn)有的Linux特性集就是Linux公開開發(fā)模型自由發(fā)展的結(jié)果。如果一個(gè)特性沒有任何價(jià)值或者創(chuàng)意很差，沒有任何人會(huì)被迫去實(shí)現(xiàn)它。相反的，在Linux的發(fā)展過程中已經(jīng)形成了一種值得稱贊的務(wù)實(shí)態(tài)度：任何改變都要針對(duì)現(xiàn)實(shí)中確實(shí)存在的問題，經(jīng)過完善的設(shè)計(jì)并有正確簡(jiǎn)潔的實(shí)現(xiàn)。于是，許多其他現(xiàn)代Unix系統(tǒng)包含的特性，如內(nèi)核換頁機(jī)制，都被毫不遲疑的引入進(jìn)來。
不管Linux內(nèi)核和Unix內(nèi)核有多大的不同，它身上都深深地打上了Unix烙印。
【編輯推薦】
