19. Выполнение системного вызова при классической организации ядра ос
Системный вызов привилегированного ядра инициирует переключение процессора из пользовательского режима в привилегированный, а при возврате к приложению - переключение из привилегированного режима в пользовательский (рисунок 1). Во всех типах процессоров из-за дополнительной двукратной задержки переключения переход на процедуру со сменой режима выполняется медленнее, чем вызов процедуры без смены режима.
20. Выполнение системного вызова при микроядерной организации ядра
При классической организации ОС (рисунок 5, а) выполнение системного вызова сопровождается двумя переключениями режимов, а при микроядерной организации (рисунок 5, б) - четырьмя.
Операционная система на основе микроядра при прочих равных условиях всегда будет менее производительной, чем ОС с классическим ядром. Микроядерная архитектура операционной системы вносит дополнительные накладные расходы, связанные с передачей сообщений, что отрицательно влияет на производительность.
21. Наноядро
Наноядро — архитектура ядра операционной системы компьютеров, в рамках которой упрощённое ядро выполняет лишь одну задачу - обработку аппаратных прерываний, генерируемых аппаратурой. После обработки прерываний от аппаратуры наноядро посылает информацию о результатах обработки (например, полученные с клавиатуры символы) вышележащему ПО при помощи того же механизма прерываний.
Наиболее часто наноядра используются для виртуализации аппаратного обеспечения реальных компьютеров или для реализации механизма гипервизора, с целью позволить нескольким различным операционным системам работать одновременно и параллельно на одном и том же компьютере.
Наноядра также могут использоваться для обеспечения переносимости ОС на разное аппаратное обеспечение или для обеспечения возможности запуска «старой» операционной системы на новом, несовместимом аппаратном обеспечении без ее полного переписывания.
Термин «наноядро» иногда неформально используется для описания очень маленьких, упрощённых микроядер, таких, как L4.
Наноядро может быть настолько маленьким и примитивным, что даже важнейшие устройства, находящиеся непосредственно на материнской плате или на плате контроллера встраиваемого устройства, такие, как таймер или программируемый контроллер прерываний, обслуживаются специальными драйверами устройств, а не непосредственно ядром. Такого рода сверхминималистичные наноядра называют иногда пикоядрами.
22. Гибридное ядро
Гибридное ядро (Hybrid kernel) - модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра.
Гибридное ядро представляет смешанный подход использования монолитной и микроядерной архитектуры.
Наиболее тесно элементы микроядерной архитектуры и элементы монолитного ядра переплетены в ядре Windows NT. Хотя Windows NT часто называют микроядерной операционной системой, это не совсем так. Микроядро NT слишком велико (более 1 Мбайт, кроме того, в ядре системы находится, например, ещё и модуль графического интерфейса), чтобы носить приставку «микро». Компоненты ядра Windows NT взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений, как и положено в микроядерных операционных системах. В то же время все компоненты ядра работают в одном адресном пространстве и активно используют общие структуры данных, что свойственно операционным системам с монолитным ядром. По мнению специалистов Microsoft, причина проста: чисто микроядерный дизайн коммерчески невыгоден, поскольку неэффективен.
Таким образом, Windows NT можно с полным правом назвать гибридной операционной системой.
Смешанное ядро, в принципе, должно объединять преимущества монолитного ядра и микроядра: казалось бы, микроядро и монолитное ядро — крайности, а смешанное — золотая середина. В них возможно добавлять драйвера устройств двумя способами: и внутрь ядра, и в пользовательское пространство. Но на практике концепция смешанного ядра часто подчёркивает не только достоинства, но и недостатки обоих типов ядер.
Примеры: Windows NT (Windows NT, 2000, 2003; XP, Vista, Seven), DragonFlyBSD, NetWare, BeOS, ReactOS.