Linux為什么使用內(nèi)核模塊?
我們常常說到的操作系統(tǒng)有Linux、Windows、mac OS等等,手機(jī)的安卓系統(tǒng)就是基于Linux操作系統(tǒng),這些操作系統(tǒng)從內(nèi)核的角度分為宏內(nèi)核和微內(nèi)核,Linux是典型的宏內(nèi)核的操作系統(tǒng),Windows是典型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)。
從字面上可以猜想:
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宏就是比較大或比較多,也就是說宏內(nèi)核功能會比較多;
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微就是比較小或比較少,也就是說微內(nèi)核功能比較少。
其實上........
宏內(nèi)核是把所有的內(nèi)核功能整體編譯在一起,形成一個單獨的內(nèi)核鏡像文件。用戶服務(wù)和內(nèi)核服務(wù)在同一空間中實現(xiàn),也就是說,內(nèi)核需要運行內(nèi)核進(jìn)程的代碼,當(dāng)用戶進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用或者中斷進(jìn)入內(nèi)核態(tài)時,內(nèi)核也需要運行用戶進(jìn)程的代碼,所以宏內(nèi)核需要管理的資源相對較多,所以宏內(nèi)核就會比較大。
很明顯,它優(yōu)點是效率會比較高,各個功能模塊的交互是通過直接的函數(shù)調(diào)用進(jìn)行的。
微內(nèi)核只實現(xiàn)內(nèi)核中相當(dāng)關(guān)鍵和核心的一部分,比如進(jìn)程的通信(IPC)、內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度等功能,其它的操作系統(tǒng)組件(比如文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序等)都在各自獨立的地址空間執(zhí)行,他們被單獨編譯。
很明顯,它的優(yōu)點是維護(hù)性好,功能模塊之間的交互需要通過微內(nèi)核提供的某種通信機(jī)制來建立。華為開發(fā)者大會宣布的鴻蒙操作系統(tǒng)就是微內(nèi)核。
然而,對于Linux這種宏內(nèi)核,缺點也是比較明顯,如果想要增減、刪除、修改內(nèi)核某個功能,就得重新編譯整個Linux內(nèi)核,內(nèi)核如果越來越大,那么編譯就會變得越慢。
在驅(qū)動開發(fā)初期,需要經(jīng)常修改驅(qū)動代碼,這對驅(qū)動開發(fā)者來說造成很大的困擾,顯然是不可接受的,所以可維護(hù)性差。
為了彌補(bǔ)這一缺陷,Linux內(nèi)核提供了模塊機(jī)制,稱為內(nèi)核模塊。
使得編譯出的內(nèi)核并不需要包含所有功能,它是被單獨編譯的一段內(nèi)核代碼,而在這些功能需要被使用的時候,其對應(yīng)的代碼被動態(tài)地加載到內(nèi)核中,在不需要的時候,可以動態(tài)的卸載(卸載需要內(nèi)核配置模塊可卸載的選項),從而減少內(nèi)核的功能,并節(jié)約一部分內(nèi)存。
而不管的加載還是卸載,都不需要重新啟動整個系統(tǒng)。
而前面提到的對于驅(qū)動開發(fā)者來說造成的困擾就被解決了,驅(qū)動開發(fā)者可以隨時修改驅(qū)動的代碼,然后不需要編譯整個內(nèi)核,只需要編譯驅(qū)動代碼,并將新編譯的驅(qū)動加載到內(nèi)核進(jìn)行測試,只要修改的驅(qū)動不會使內(nèi)核崩潰,就可以不用重啟系統(tǒng)。
注意,內(nèi)核模塊不一定是驅(qū)動程序,驅(qū)動程序也不一定都是模塊的形式。
前面說到宏內(nèi)核把所有內(nèi)核功能整體編譯在一起,形成一個單獨的內(nèi)核鏡像文件,鏡像文件就會比較大,而且整個內(nèi)核鏡像將會被加載到內(nèi)存中運行,然而,內(nèi)核模塊的這一特點就有助于減小內(nèi)核鏡像文件的大小,自然也就減少了內(nèi)核所占的內(nèi)存空間。
內(nèi)核模塊的原理是基于不是所有驅(qū)動都會同時工作,因為不是所有硬件都同時接入系統(tǒng)。