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3. 微內(nèi)核架構(gòu)
從功能服務(wù)的角度看，微內(nèi)核（Microkernel）操作系統(tǒng)和宏內(nèi)核系統(tǒng)并無(wú)本質(zhì)差異，只是采用了不同的內(nèi)核架構(gòu)設(shè)計(jì)思路。由于宏內(nèi)核架構(gòu)系統(tǒng)將所有的服務(wù)都運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，任何一個(gè)模塊出現(xiàn)錯(cuò)誤或者被攻擊就有可能引發(fā)內(nèi)核的崩潰，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且隨著內(nèi)核代碼量越來(lái)越大，這種概率還會(huì)提高。為了保證內(nèi)核的穩(wěn)定性，微內(nèi)核架構(gòu)主張將宏內(nèi)核的功能進(jìn)行解耦，將某些功能從內(nèi)核中剝離出來(lái)作為獨(dú)立服務(wù)，并挪到用戶態(tài)去運(yùn)行（比如文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)）。內(nèi)核為這些剝離到用戶態(tài)的服務(wù)提供各種通信機(jī)制，以保證這些服務(wù)能夠相互協(xié)作，這樣即使單個(gè)服務(wù)出錯(cuò)或者被攻破也不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核崩潰或者出現(xiàn)系統(tǒng)安全問(wèn)題。
微內(nèi)核的最小內(nèi)核設(shè)計(jì)原則主張保留盡量少的功能在內(nèi)核態(tài)運(yùn)行（如進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、進(jìn)程間通信等）。微內(nèi)核架構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)還主張機(jī)制與策略分離的原則，盡量將策略配置管理功能剝離到用戶態(tài)，將實(shí)現(xiàn)機(jī)制保留在內(nèi)核態(tài)運(yùn)行，這樣可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景適配不同的內(nèi)核服務(wù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制。微內(nèi)核的這兩個(gè)設(shè) 計(jì)理念不僅提高了安全性，而且由于內(nèi)核功能相對(duì)簡(jiǎn)單，其內(nèi)核服務(wù)的時(shí)延相對(duì)比較容易控制和估算， 也有利用于硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度實(shí)現(xiàn)。
不過(guò)由于第一代微內(nèi)核系統(tǒng)代表 Mach 采用了一種過(guò)于通用的進(jìn)程間通信 IPC（Inter-Process Communication）設(shè)計(jì)方案，加上自身資源（內(nèi)存、CPU 緩存）占用過(guò)大等問(wèn)題，導(dǎo)致其性能受到很大影響， 與同期的宏內(nèi)核系統(tǒng)相比有明顯差距。但后續(xù)有文獻(xiàn)分析表明，“高性能的 IPC 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)必然是與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的，過(guò)度抽象將極大影響 IPC 的性能，而利用體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化則可將 IPC 性能提升到極致” 。經(jīng)過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化，第二代微內(nèi)核系統(tǒng)代表 SeL4 在采用了最小化設(shè)計(jì)原則的情況下，也達(dá)到了與同時(shí)期宏內(nèi)核系統(tǒng)同樣的效率水平。此外，SeL4 系統(tǒng)還通過(guò)了形式化驗(yàn)證。
目前微內(nèi)核架構(gòu)系統(tǒng)在汽車(chē)、工業(yè)等高實(shí)時(shí)、高可靠和高安全領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并有商用化產(chǎn)品（如 QNX）通過(guò)了汽車(chē)行業(yè)的 ASIL-D 功能安全認(rèn)證。
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