Структура ос с монолитным ядром.
Что касается достоинств данного подхода, то можно утверждать, что для конкретного состава функциональности и логики ядра это будет наиболее эффективное решение. При таком подходе отсутствует универсальность, и внутренняя организация ядра рассчитана на конкретную реализацию. Недостаток в этом случае заключается в необходимости перепрограммировать ядро при внесении изменений, и это является прерогативой разработчика. Соответственно, для внесения новой функциональности пользователю системы приходится обращаться к разработчику, что зачастую ведет к материальным затратам.
Альтернативу данному подходу предлагают многослойные операционные системы. В этом случае все уровни разделяются на некоторые функциональные слои. Здесь можно провести аналогию с моделью сетевых протоколов. Между слоями имеются фиксированные интерфейсы. Управление происходит посредством взаимодействия соседних слоев. Поскольку любая структуризация снижает эффективность (программа, написанная в виде одной большой функции, работает быстрее, чем аналогичная программа, разбитая на подпрограммы, т.к. любое обращение к подпрограмме ведет к накладным расходам), то подобные системы обладают более низкой эффективностью.
Итак, каждый слой предоставляет определенный сервис вышестоящему слою. Деление на слои является индивидуальным для каждой конкретной операционной системы. Это может быть слой файловой системы, слой управления внешними устройствами и т.д. Тогда модернизация подобных систем сводится к модернизации соответствующих слоев. Вследствие чего проблема несколько упрощается, но при этом остаются ограничения на структурную организацию (например, имея слой файловой системы, можно заменить его другим вариантом этого слоя, но использовать одновременно две различные файловые системы не представляется возможным).
Третий подход предлагает использовать микроядерную архитектуру (Рис. 66.). Функционирование операционных систем подобного типа основывается на использовании т.н. микроядра. В этом случае выделяется минимальный набор функций, которые включаются в ядро. Все оставшиеся функции представляются в виде драйверов, которые подключаются к ядру посредством некоторого стандартного интерфейса.
Структура ос с микроядерной архитектурой.
Такая архитектура получается хорошо расширяемой, она почти не имеет никаких ограничений по количеству подключаемых драйверов и их функциональное наполнение, требуется только соблюдение драйвером интерфейса для обращения к микроядру. Таким образом, данная архитектура представляется высоко технологичной, хорошо подходит для применения в современных многопроцессорных вычислительных системах (например, в SMP-системах, тогда можно распределять драйверы по различным процессорами и получать соответствующую эффективность).
Микроядерная система может служить основой для надстройки над микроядром разных операционных систем. В частности, такой подход используется в ряде систем, в основе которых используется микроядро системы Mach.
Итак, только что были продемонстрированы достоинства данного подхода. Что касается недостатков, то они следуют из достоинств и проявляются в значительном возрастании накладных расходов. Положим, процесс обращается к файловой системе, чтобы произвести обмен с конкретным файлом посредством соответствующего системного вызова. Драйвер файловой системы, получив запрос от процесса, перерабатывает его в последовательность запросов на обмен с диском (пускай, сначала это будут виртуальный диск). После чего файловая система обращается к микроядру, которое, в свою очередь, находит драйвер виртуального диска, передает соответствующий запрос. Драйвер виртуального диска определяет, с каким физическим диском будет происходить обмен, и трансформирует поступивший ему запрос в запросы к этому физическому диску, которые ему и передаются по той же схеме. Таким образом, один запрос распадается на множество запросов, следующих от драйвера через микроядро к другому драйверу, благодаря чему эффективность системы снижается.
Напоследок отметим, что в реальности используются системы, получаемые комбинацией указанных подходов.