微内核 策略和机制分离 什么是机制

1 微内核系统调度技术 与传统的 *** 作系统内核相比，微内核调度系统中最突出的特征是增加了处理机和处理机集及线程的管理，并且向用户提供了灵活的手段来控翩自己的程序在处理机上的运行．这{羊，微内核系统就能很好地支持多处理机体系结构．同时，线程为用户提供了细粒度的并行处理机制，使得同一个用户任务中的不同线程可以同时在多个处理机上运行． 与进程相比，线程中所带的资源很少，因此，创建线程和撤消线程的开销就比进程小．线程也称为“轻进程．在系统调度中，线程的切换开销也比进程步，但是不同任务中的线程切换会引起任务的切换，在这种情况下，线程和进程的调度开销就变成一样了．为了优化系统效率，减步由于线程切换而弓I起的任务切换，在调度算法中加入了以下代码： IF (所选中的线程和当前运行的城程属于同一十任务) THEN 不做任务切换} ELSE进行任务切换 *** 作} 显然，这种方法在某种情况下会对系统性能有所帮助，但是这种方法在很大程度上属于一种“被动的，或者说是一种“碰运气”的方法．另外，单纯以线程为主的调度算法对用户任务有失公平性，以线程为主的调度算法是完全参照传统 *** 作系统中的调度算法设计而成的．当线程投入运行时，系统为它分配周定大小的时间片，系统中线程按时间片轮转．这样，就产生了公平性问题：如果一个任务中有两个线程，那么，从理论上讲，它将比只用一个线程实现的任务多获得近1倍的处理机时间．在传统的进程调度系统中，一个用户可以通过创建多个进程来获得更多的处理机调度机会，但是，它是建立在增加了创建进程和进程间通讯的系统开销代价的基础上的相比之下，创建线程的开销非常小，同一任务间的线程之闭通讯开销也很小为了解决上述问题，我们提出并实现了一种将传统的任务和新的线程调度机翩相结合的方法：以任务为单位分配时间片(这样可以保证调度的公平性)，在线程调度时，当一个线程不是由于任务时间片用完的原因而放弃处理机时，只要系统中没有高优先级线程，就从本任务中选取线程，从而使得由线程切换而引起的任务切换 *** 作开销达到最小． 从目前的发展来看，用户任务的并行粒度越来越小，即用户任务中的线程越来越多，而每个线程所执行的 *** 作会越来越步．因此，使用线程+任务的方法可以有效地减少单纯的以线程为主的系统调度所引起的系统开销． 2 微内核虚拟存储管理技术 微内核虚拟存储管理系统弓『入了存储对象(Memory Object)的概念，将物理内存看成外部存储对象的(如磁盘)高速缓存(Cache)，实现了虚拟存储器写时拷贝(Copy onWrite)技术，引入了lazy evaluation技术．定义了虚拟存储器和硬件存储管理机制的接口(Pmap)，实现了与机器无关的虚拟存储系统． 虚拟存储器写时拷贝算法是微内核虚拟存储管理系统的核心算法．它的弓f入使得虚拟存储器管理的效率大大提高了一步．但是，它的实现依赖于硬件存储管理机制的页面保护机制，对于一个具有写时拷贝共享属性的存储区，其页面保护被设置成写保护．多个用户可以共享的方式对它进行读 *** 作，但是，当用户试图对这块区域进行写 *** 作时，将产生写保护故障，页面故障管理程序将为用户进程复制物理页面．从而达到写时拷贝的目的． 在I386体系结构下，只有用户态页面允许写保护，在其他机器状态下，硬件存取机制将绕过页面保护机翩，直接对页面进行写 *** 作．在这种状态下，写时拷贝算法将失效．而在微内核体系结构中，可能有各种状态下的服务器，如在内核态下运行的服务器．为了解决这个问题。我们引入了写时拷贝和访问时拷贝(Copy oil Reference)相结合的算法． 即在用户态上使用写时拷贝算法，在其他状态下使用访问时拷贝算法来替换写时拷贝算法，以解决写时拷周算法失效的问题．访问时拷贝算法的实现依赖于页面保护机制的映页机制．这样，在其他状态下，在设置页面保护时将写保护改成映页即可．新的方法在效率上比写时拷贝算法低，但是比完全拷贝的方法高出许多，特别是与lazy evaluation技术相配合时 效率会更高．由于微内核提供的写时拷贝算法是对用户透明的，即对于用户编写的任何状态下的服务器都将使用写时拷贝算法．因此，在I386体系结构下，在非用户态上运行的用户服务器有可能出错，新的算法解决了这个问题． 3 微内核计时模型 在传统 *** 作系统中，为统计出每个进程的处理机时间使用量的单元．系统计时一般是放在处理机时钟中断服务程序中．系统 IF (当前盎程处于用户态) 增加当前进程的用户奋处理机时间使用量 在每个进程结构中都没有统计进程使用处理机时间 般采用如下代码段来进行用户进程的时间统计． ELSE 增加当前进程的系统态处理机时闻使用量 由于在传统的 *** 作系统中， *** 作系统提供的服务完全由 *** 作系统内核来完成。用户通过系统调用进入内核来取得服务．因此，采用上述方法能比较准确地统计出用户所用的处理机时间．但是，这种计时方法是一种比较粗糙的计时方法．每次时钟中断时，它就将一个固定的时间片(时钟中断周期)加入披中断的进程中，而不管该进程是否完全使用了这些处理机对向．由于这种方法实现起来非常简单，系统开销很小，几乎所有的 *** 作系绕都采用了这种方法．在新的 *** 作系统中引入了细粒度的并行执行部件—— 线程。对于线程的计时也采用了和进程相同的方法．为了取得精确的处理机时同统计精度．一些新型 *** 作系统弓『入了新的计时机制．如MACH 3．0中引^了基于时间戳的精确计时机制．在微内核体系结构下．传统的 *** 作系统功能是通过服务器的方式来实现的．服务器和用户任务一样，也作为一个进程运行．当用户进程调用 *** 作系统服务时，微内核通过消息将系统服务的参数传递给 *** 作系统服务器，由 *** 作系统服务器来完成用户请求，并将结果通过消息传递给用户进程．这样，如果采用传统的方法来进行进程的处理机时问统十。就会将 *** 作系统为用户提供服务所用的处理机时间记入服务器中．而不是用户进程中． 为了解决这个问题，我们引^了委托线程的概念，建立了新的用户进程计时模型．在客户／服务器模型中，用户通过消息请求服务器的服务，服务器接收用户的消息完成用户的请求，再通过消息将结果传给用户．在这种体系结构下，可看成用户将自己的一部分工作委托给服务器完成，服务器是在为委托线程服务．当用户线程向服务器发出请求时，将用户线程标识传递给服务器，当服务器中的某个线程处理这个请求时，将用户线程标识记^服务器线程结构中的委托线程域中．在系统时钟中断服务程序中增加为委托线程计时的代码。就可将 *** 作系统服务器为用户进程限务的时同计算到用户进程中． IF(当前线程结构中有委托线程) IF(当前线程赴于用户态) 增加委托线程的用户态赴理机时间使用量 ELSE 增加委托线程的系统态处理机时间使用量 在多服务器体系结构下，一个用户请求往往需要多个服务器的协同服务，如一个文件读 *** 作，需要文件服务器的服务，如果文件服务器发现数据存放在磁盘中，它就需要请求设备服务器的眼务，设备服务器实际上是在为用户线程服务．因此，在多服务器情况下，当一个服务器向另一个服务器发出请求时，必须将自己的委托线程标识号传递给目标服务器．这样， *** 作系统为一个线程提供所有服务所使用的处理机时间都将计算到用户线程中击．为了完成以上功能，必须对微内核的消息传递机制进行扩充，使用户在请求服务时能将线程的标识传递给服务器，服务器在接收消息时能接收到委托线程标识．所有这些 *** 作必须对用户透明．微内核的消息传递机制由消息发送和消息接收两部分组成．通过在这两个原语中加入以下逻辑来实现委托线程标识的发送和接收． SEND ： IF(当前线程结构中有委托线程标识) 将委托线程标识传递出去 ELSE 将当前线程的标识传递出击 RECEIVE： IF(当前线程是服务器) 将委托线程号放凡服务器线程结构 在发送原语中，可将委托线程标识从一个服务器传递到另一个服务器．在接收逻辑中，通过增加服务器标识的判断可以避免非服务器线程之间的偶发通讯而导致的用户线程的计时错误． 4 结论 微内核技术是当今 *** 作系统发展的最新成果．在体系结构方面，它采用了面向对象技术来描述 *** 作系统内核对象，提出并实现了基于客户服务器体系结构的 *** 作系统．在算法方面，提出了许多高教新颖的算法，如线程及处理机调度算法、写时拷贝算法、与硬件无关的存储管理算法以及精确计时算法等等．在国产微内核 *** 作系统COSIX2．0的研制过程中，通过对国外微内核技术的消化和研究，提出并实现了一些新的算法和模型，改进了系统的性能，提高了系统的可靠性，做到了有所继承，有所刨新目前，我们正在进行基于微内核的JAVA虚拟机，支持服务质量(Quality of Services)的调度系统微内核热重启(Hot Restart)技术的研究．以上内容是我们一部分研究工作的总结

能够使得不同的API，文件系统，甚至不同的 *** 作系统的特性在一个系统中共存。
系统非常灵活。当运行一个应用程序时，只需把选定的系统服务加载到系统中即可。而修改了服务以后可以通过联机进行测试；并不需要重新构建或者启动一个新的内核，他们并不影响系统的运行。
系统服务或者设备驱动故障和与它们有关的运行任务是隔绝的。
依存关系的服务器系统可以加以限制，使为安全重要至关信赖的计算基数的应用可被削减。
这种由微内核所决定的结构（IPC，多线程）能够应用在所有的应用程序和服务上。一个精炼的微内核接口能够有演绎成更多模块的系统结构。

在资讯科学中，微内核（Microkernel），又称为微核心，是一个最小化的软件程式，它可以提供完整的 *** 作系统功能。微内核结构由一个非常简单的硬件抽象层和一组比较关键的原语或系统调用组成；这些原语，仅仅包括了建立一个系统必需的几个部分；如线程管理，内存管理和进程间通信等。微核的目标是将系统服务的实现和系统的基本 *** 作规则分离开来。例如，进程的输入/输出锁定服务可以由运行在微核之外的一个服务组件来提供。这些非常模块化的用户态服务器用于完成 *** 作系统中比较高级的 *** 作，这样的设计使内核中最内核的部分的设计更简单。一个服务组件的失效并不会导致整个系统的崩溃，内核需要做的，仅仅是重新启动这个组件，而不必影响其它的部分。微内核将许多OS服务放入分离的进程，如文件系统，设备驱动程序，而进程通过消息传递调用OS服务。

译内核，属于软件部分．
内核是 *** 作系统的内部核心程序，它向外部提供了对计算机设备的核心管理调用。我们将 *** 作系统的代码分成2部分。内核所在的地址空间称作内核空间。而在内核以外的统称为外部管理程序，它们大部分是对外围设备的管理和界面 *** 作。外部管理程序与用户进程所占据的地址空间称为外部空间。通常，一个程序会跨越两个空间。当执行到内河空间的一段代码时，我们称程序处于内核态，而当程序执行到外部空间代码时，我们称程序处于用户态。
从UNIX起，人们开始用高级语言（UNIX上最具有代表性的就是UNIX的系统级语言C语言）编写内核代码，使得内核具有良好的扩展性。单一内核（monolithic kernel）是当时 *** 作系统的主流， *** 作系统中所有的系统相关功能都被封装在内核中，它们与外部程序处于不同的内存地址空间中，并通过各种方式（在Intel IA－32体系中采用386保护模式）防止 外部程序直接访问内核结构。程序只有通过一套称作系统调用（system call）的界面访问内核结构。近些年来，微内核（micro kernel）结构逐渐流行起来，成为 *** 作系统的主要潮流。1986年，Tanenbaum提出Mach kernel，而后，他的minix和GNU的Hurd *** 作系统更是微内核系统的典范。
在微内核结构中， *** 作系统的内核只需要提供最基本、最核心的一部分 *** 作（比如创建和删除任务、内存管理、中断管理等）即可，而其他的管理程序（如文件系统、网络协议栈等）则尽可能的放在内核之外。这些外部程序可以独立运行，并对外部用户程序提供 *** 作系统服务，服务之间使用进程间通信机制（IPC）进行交互，只在需要内核的协助时，才通过一套接口对内核发出调用请求。
微内核系统的优点时 *** 作系统具有良好的灵活性。它使得 *** 作系统内部结构简单清晰。程序代码的维护非常之方便。但是也有不足之处。微内核系统由于核心态只实现了最基本的系统 *** 作，这样内核以外的外部程序之间由于独立运行使得系统难以进行良好的整体优化。另外，进程间互相通信的开销也较单一内核系统要大许多。从整体上看，在当前的硬件条件下，微内核在效率上的损失小于其在结构上获得的收益，故而选取微内核成为 *** 作系统的一大潮流。
然而，Linux系统却恰恰使用了单一内核结构。这是由于Linux是一个实用主义的 *** 作系统。Linux Tovarlds以代码执行效率为自己 *** 作系统的第一要务，并没有进行过一个系统的设计工作，而是任由Linux在使用中不断发展。在这样的发展过程中，参与Linux开发的程序员大多为世界各地的黑客们。比起结构的清晰，他们更加注重功能的强大和高效的代码。于是，他们将大量的精力放在优化代码上，而这样的全局性优化必然以丧失结构精简为代价，导致Linux中的每个部件都不能轻易被拆除。否则必然破坏整体效率。
虽然Linux是单一内核体系，但是它与传统的单一内核UNIX *** 作系统不同。在普通的单一内核系统中，所有的内核代码都是被静态编译联入的，而在Linux中，可以动态装入和卸载内河中的部分代码。Linux将这些代码段称为模块。（module），并对模块给予了强有力的支持。在Linux中，可以在需要时自动装入和卸载模块。
Linux不支持用户态线程。在用户态中，Linux认为线程就是共享上下文（Context）的进程。Linux通过LWP（light weight thread）的机制来实现用户态线程的概念。通过系统调用clone（）创建新的线程。
Linux的内核为非抢占式的。即，Linux不能通过改变优先权来影响内核当前的执行流程。因此，Linux在实现实时 *** 作时就有问题。Linux并不是一个“硬”实时 *** 作系统。
在Linux内核中，包括了进程管理（process management）、定时器（timer）、中断管理（interrupt management）、内存管理（memory management）、模块管理（module management）、虚拟文件系统接口（VFS layer）、文件系统（file system）、设备驱动程序（device driver）、进程间通信（inter-process communication）、网络管理（network management）、系统启动（system init）等 *** 作系统功能的实现。
2、另一种便是硬件内核了，很多硬件都是有内核的．不过大体还是和软内核相联系，我这里简单的说一种内核吧．
核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。
为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。
不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood核心就分为B0和C1 等版本），核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化普通消费者是很少去注意的。每一种核心 类型都有其相应的制造工艺（例如025um、018um、013um以及009um等）、核心面积（这是决定CPU 成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持 的指令集（这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如SEP、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口类型（例如Socket 370，Socket A，Socket 478，Socket T，Slot 1、Socket 940等等）、前端总线频率（FSB）等等。因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。
一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的Northwood核心Pentium 4 18A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 18GHz 性能要高），但这也不是绝对的，这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能 会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。例如，早期 Willamette核心Socket 423接口的Pentium 4的实际性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬，现在的低频Prescott核心Pentium 4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium 4等等，但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善，新核心的中后期产品的性能必然会超越老核心产品。
CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积（这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU 的销售价格）、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器等等）以及双核心和 多核心（也就是1个CPU内部有2个或更多个核心）等。CPU核心的进步对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。
在CPU漫长的历史中伴随着纷繁复杂的CPU核心类型，以下分别就Intel CPU和AMD CPU的主流核心类型作一个简介。主流核心类型介绍（仅限于台式机CPU，不包括笔记本CPU和服务器/工作站CPU，而且不包括比较老的核心类型）。
Intel CPU的核心类型 :
Tualatin
这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心，是Intel在Socket 370架构上的最后一种CPU核心，采用013um制造工艺，封装方式采用FC-PGA2和PPGA，核心电压也降低到了15V左右，主频范围从1GHz到14GHz，外频分别为100MHz（赛扬）和133MHz（Pentium III），二级缓存分别为512KB（Pentium III-S）和256KB（Pentium III和赛扬），这是最强的Socket 370核心，其性能甚至超过了早期低频的Pentium 4系列CPU。
Willamette
这是早期的Pentium 4和P4赛扬采用的核心，最初采用Socket 423接口，后来改用Socket 478接口（赛扬只有17GHz和18GHz两种，都是Socket 478接口），采用018um制造工艺，前端总线频率为400MHz， 主频范围从13GHz到20GHz（Socket 423）和16GHz到20GHz（Socket 478），二级缓存分别为256KB（Pentium 4）和128KB（赛扬），注意，另外还有些型号的Socket 423接口的Pentium 4居然没有二级缓存！核心电压175V左右，封装方式采用Socket 423的PPGA INT2，PPGA INT3，OOI 423-pin，PPGA FC-PGA2和Socket 478的PPGA FC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等。Willamette核心制造工艺落后，发热量大，性能低下，已经被淘汰掉，而被Northwood核心所取代。
Northwood
这是目前主流的Pentium 4和赛扬所采用的核心，其与Willamette核心最大的改进是采用了013um制造工艺，并都采用Socket 478接口，核心电压15V左右，二级缓存分别为128KB（赛扬）和512KB（Pentium 4），前端总线频率分别为400/533/800MHz（赛扬都只有400MHz），主频范围分别为20GHz到28GHz（赛扬），16GHz到26GHz（400MHz FSB Pentium 4），226GHz到306GHz（533MHz FSB Pentium 4）和24GHz到34GHz（800MHz FSB Pentium 4），并且306GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超线程技术（Hyper-Threading Technology），封装方式采用PPGA FC-PGA2和PPGA。按照Intel的规划，Northwood核心会很快被Prescott核心所取代。
Prescott
这是Intel最新的CPU核心，目前还只有Pentium 4而没有低端的赛扬采用，其与Northwood最大的区别是采用了009um制造工艺和更多的流水线结构，初期采用Socket 478接口，以后会全部转到LGA 775接口，核心电压125-1525V，前端总线频率为533MHz（不支持超线程技术）和800MHz（支持超线程技术），主频分别为533MHz FSB的24GHz和28GHz以及800MHz FSB的28GHz、30GHz、32GHz和34GHz，其与Northwood相比，其L1 数据缓存从8KB增加到16KB，而L2缓存则从512KB增加到1MB，封装方式采用PPGA。按照Intel的规划，Prescott核心会很快取代Northwood核心并且很快就会推出Prescott核心533MHz FSB的赛扬。
AMD CPU的核心类型:
Athlon XP的核心类型
Athlon XP有4种不同的核心类型，但都有共同之处：都采用Socket A接口而且都采用PR标称值标注。
Palomino
这是最早的Athlon XP的核心，采用018um制造工艺，核心电压为175V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。
Thoroughbred
这是第一种采用013um制造工艺的Athlon XP核心，又分为Thoroughbred-A和Thoroughbred-B两种版本，核心电压165V-175V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz和333MHz。
Thorton
采用013um制造工艺，核心电压165V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为333MHz。可以看作是屏蔽了一半二级缓存的Barton。
Barton
采用013um制造工艺，核心电压165V左右，二级缓存为512KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为333MHz和400MHz。
新Duron的核心类型
AppleBred
采用013um制造工艺，核心电压15V左右，二级缓存为64KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。没有采用PR标称值标注而以实际频率标注，有14GHz、16GHz和18GHz三种。
Athlon 64系列CPU的核心类型
Clawhammer
采用013um制造工艺，核心电压15V左右，二级缓存为1MB，封装方式采用mPGA，采用Hyper Transport总线，内置1个128bit的内存控制器。采用Socket 754、Socket 940和Socket 939接口。
Newcastle
其与Clawhammer的最主要区别就是二级缓存降为512KB（这也是AMD为了市场需要和加快推广64位CPU而采取的相对低价政策的结果），其它性能基本相同。
至于CPU最强的内核，在笔记本方面， Dothan 是当前最强的内核，而台式电脑方面，Intel Prescott是很强的内核，AMD Athlon 64系列CPU的核心类型Clawhammer、Newcastle也很强。
上面都是网上找的，你有空也可多看看别人的资料．
祝福大家新年快乐！！！！

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