Question

Linux为什么要选择宏内核

Answer 1

首先先说说操作系统是干什么的吧。如果专业是计算机的人可能学过操作系统这门课程，会发现课程上讲的内容和我们所认识到的操作系统差别很大。这个里面所讲的正是操作系统最核心的功能，任务调度、内存和设备的抽象和管理。然后 ，为了我们方便使用，才集成进了系统服务、驱动程序、文件系统之类的东西。
我们平时运行的程序，每个程序各运行几十毫秒，大家来回轮换，这样子我们看起来这些程序好像在“同时”运行一样。应用程序之所以能够被操作系统通过时间片的方式调度，是因为对于CPU而言，普通的应用程序和操作系统的内核运行在不同的特权级别上，我们叫作rings。应用程序运行在Ring 3，而内核运行在Ring 0。
随着科技的发展，操作系统变得越来越复杂，内核里面的东西也越来越多。人们也就开始考虑是否应该改变原有的架构，从而提高操作系统的性能和稳定性，主要是精简内核降低开发的复杂度，还有就是把各种程序尽可能的隔离，保证一个程序的崩溃不会牵连到其他的程序。上世纪80年代人们讨论得火热的微内核就是这样一种架构。
微内核考虑在操作系统的内核中保留操作系统最基本的功能，也就是任务调度、内存和设备的抽象和管理。其他的功能全部从内核移出，放到用户态中了实现，并以C/S模式对其他应用程序提供服务。
微内核带来的好处主要是稳定性和实时性，即内核中模块数量少了，结构更精简更优化了，能够影响内核的程序和驱动也减少了，稳定性随之提高；另外就是实时性，内核精简了以后，响应的时延的减小。不过并不是精简了以后会使得性能提升，微内核使得内核中只有最关键的部分，其他模块和系统功能全部作为独立模块放到用户态空间中运行，功能分散了以后增加了通信的成本。不过微内核操作系统的特点尤其适合工控系统的控制，而且设计简单，在小型的系统中有不少的应用。另外亦有不少实时操作系统是使用微内核架构设计。
所有的理论设计，放到现实的工程中都是要做折衷的。所以有混合内核的出现，综合宏内核和微内核的不同优点，在两个方案中折衷设计。OS X和Windows就属于这类。至于Linux，上千万行代码，架构岂是说改就能改的。使用Linux构建的系统，不少都是要追求性能的吧，前面也说到微内核会降低性能，在Linux中，我们为了使得一个事情性能更高，往往还要把这个模块放到内核中运行，比如PF_RING。所以在需要考虑性能的时候，微内核又显得不那么合适，像微软一样取一个折衷算是一个好的办法。