המיקרו-קרנל והגרעינים המונוליטיים הם שני סוגים של גרעינים במערכת ההפעלה. הקרנל הוא החלק העיקרי של מערכת ההפעלה. כתוצאה מכך, הקוד החשוב של הליבה מאוחסן בחללי זיכרון שונים. הקרנל הוא מרכיב מכריע מכיוון שהוא שומר על תפקוד תקין של המערכת השלמה. הוא מנהל חומרה ותהליכים, טיפול בקבצים ועוד מספר פונקציות.

במאמר זה תלמדו על המיקרו-קרנל והקרנל המונוליטי. אבל לפני שנדון בהבדלים, עליך לדעת על המיקרו-קרנל והגרעין המונוליטי.

מה זה מיקרוקרנל?

המיקרו-קרנל הוא סוג של ליבה המאפשר התאמה אישית של מערכת ההפעלה. זה מיוחס ומספק ניהול שטחי כתובות ברמה נמוכה כמו גם תקשורת בין תהליכים (IPC) . יתר על כן, פונקציות מערכת ההפעלה כמו מנהל הזיכרון הווירטואלי, מערכת הקבצים ומתזמן ה-CPU בנויות על גבי המיקרו-קרנל. לכל שירות יש את מרחב הכתובות שלו כדי לאבטח אותם. יתר על כן, לכל יישום יש את מרחב הכתובות שלו. כתוצאה מכך, יש הגנה בין יישומים, שירותי מערכת ההפעלה והקרנל.

כאשר אפליקציה מבקשת שירות משירותי מערכת ההפעלה, שירותי מערכת ההפעלה מתקשרים זה עם זה על מנת לספק את השירות המבוקש לאפליקציה. תקשורת בין תהליכים (IPC) יכולה לסייע בהקמת תקשורת זו. בסך הכל, מערכות הפעלה מבוססות מיקרו-קרנל מציעות רמה גבוהה של הרחבה. כמו כן, ניתן להתאים את שירותי מערכת ההפעלה בהתאם לצרכי האפליקציה.

יתרונות וחסרונות של מיקרוקרנל

ישנם יתרונות וחסרונות שונים של המיקרו-קרנל. כמה מהיתרונות והחסרונות של המיקרו-קרנל הם כדלקמן:

יתרונות

1. אלה מודולריים, ואפשר לשנות מספר מודולים, לטעון מחדש, להחליף מבלי לשנות את הליבה.
2. הארכיטקטורה של המיקרו-קרנל קטנה ומבודדת, אבל היא עשויה לעבוד טוב יותר.
3. מערכת Microkernel היא טכניקה רב-תכליתית שבה ממשקי ה-API המיושמים על ידי מספר שרתים עשויים להתקיים במקביל.
4. ניתן להרחיב את המערכת בקלות רבה יותר מכיוון שהיא עשויה להתווסף לאפליקציית המערכת מבלי להפריע לקרנל.
5. זה מוסיף תכונות חדשות מבלי לבצע קומפילציה מחדש.
6. בהשוואה למערכות מונוליטיות, יש פחות קריסות מערכת.

חסרונות

1. נדרש מתג הקשר במיקרו-קרנל כאשר מנהלי ההתקן מופעלים כתהליכים.
2. ביצועי מערכת המיקרו-קרנל עשויים להשתנות ולגרום לבעיות.
3. שירותי מיקרו-קרנל יקרים יותר מאשר במערכת מונוליטית מסורתית.

מהו גרעין מונוליטי?

הקרנל המונוליטי מנהל את משאבי המערכת בין יישום המערכת לחומרת המערכת. שלא כמו המיקרו-קרנל, שירותי המשתמש והקרנל מופעלים באותו מרחב כתובות. זה מגדיל את גודל הליבה וגם מגדיל את גודל מערכת ההפעלה.

הקרנל המונוליטי מציע תזמון CPU, ניהול מכשירים, ניהול קבצים, ניהול זיכרון, ניהול תהליכים ושירותי מערכת הפעלה אחרים באמצעות קריאות המערכת. כל הרכיבים הללו, כולל ניהול קבצים וניהול זיכרון, ממוקמים בתוך הקרנל. שירותי המשתמש והגרעין משתמשים באותו מרחב כתובות, מה שמביא למערכת הפעלה שפועלת במהירות. חיסרון אחד של הקרנל הזה הוא שאם מישהו בתהליך או שירות של המערכת נכשל, המערכת השלמה קורסת. יש לשנות את כל מערכת ההפעלה כדי להוסיף שירות חדש לגרעין מונוליטי.

יתרונות וחסרונות של גרעין מונוליטי

ישנם יתרונות וחסרונות שונים של הגרעין המונוליטי. כמה מהיתרונות והחסרונות של הגרעין המונוליטי הם כדלקמן:

יתרונות

1. הקרנל המונוליטי פועל במהירות בגלל ניהול זיכרון, ניהול קבצים, תזמון תהליכים וכו'.
2. כל הרכיבים עשויים לקיים אינטראקציה ישירה זה עם זה וגם עם הקרנל.
3. זהו תהליך עצום אחד שמתבצע במלואו בתוך מרחב כתובות יחיד.
4. המבנים שלו קלים ופשוטים. הקרנל מכיל את כל הרכיבים הנדרשים לעיבוד.

חסרונות

1. אם המשתמש צריך להוסיף שירות חדש, המשתמש צריך לשנות את מערכת ההפעלה השלמה.
2. זה לא קל להעביר קוד שנכתב במערכת ההפעלה המונוליטית.
3. אם אחד מהשירותים נכשל, המערכת כולה נכשלת.

ההבדלים העיקריים בין המיקרו-קרנל לגרעין המונוליטי

כאן תלמדו את ההבדלים העיקריים בין המיקרוקרנל והגרעין המונוליטי. הבדלים שונים בין המיקרוקרנל והגרעין המונוליטי הם כדלקמן:

1. מיקרו-קרנל הוא סוג ליבה המיישם מערכת הפעלה על ידי אספקת שיטות, כולל ניהול שטחי כתובות ברמה נמוכה, IPC וניהול שרשורים. מצד שני, גרעין מונוליטי הוא סוג של קרנל שבו מערכת ההפעלה השלמה פועלת במרחב הקרנל.
2. המיקרו-קרנל מריץ שירותי משתמש וגרעין במרחבי כתובות שונים. מצד שני, הקרנל המונוליטי מריץ גם שירותי ליבה וגם שירותי משתמש באותו מרחב כתובות. במיקרו-קרנלים, רק תהליכים חיוניים כמו IPC, ניהול זיכרון ותזמון מתרחשים בחלל הקרנל.
3. הביצוע של המיקרו-קרנל איטי יותר מכיוון שהתקשורת בין האפליקציה לחומרה של המערכת נוצרת על ידי העברת הודעות. מצד שני, הביצוע של הגרעין המונוליטי מהיר יותר מכיוון שקריאת המערכת מבססת את התקשורת של היישום והחומרה של המערכת.
4. מיקרוקרנלים משתמשים בתורי ההודעות כדי להשיג IPC. מצד שני, גרעינים מונוליטיים משתמשים בשקעים ובאותות כדי להשיג IPC.
5. גודל המיקרו-קרנל קטן מהקרנל המונוליטי מכיוון שרק שירותי הקרנל פועלים במרחב הכתובות של הקרנל. מצד שני, גודל הגרעין המונוליטי גדול יותר מכיוון שגם שירותי המשתמש וגם שירותי הקרנל פועלים באותו מרחב כתובות.
6. המיקרו-קרנלים מאובטחים יותר מהקרנלים המונוליטיים מכיוון שמערכת ההפעלה לא משתנה אם שירות נכשל במיקרו-קרנל. מצד שני, אם שירות נכשל בקרנל מונוליטי, המערכת כולה נכשלת.
7. קל להרחיב את המיקרו-קרנל מכיוון שנוספים שירותים חדשים במרחב כתובות המשתמש, הנפרד ממרחב הליבה, ולפיכך אין צורך לעדכן את הליבה. מצד שני, יש לעדכן את הליבה המלאה אם ​​נעשה שימוש בשירות חדש בליבה מונוליטית.
8. תכנון מיקרוקרנל צריך פחות קוד שמוביל לפחות שגיאות. לעומת זאת, הקרנל המונוליטי דורש יותר קוד שמוביל ליותר שגיאות.

השוואה ראש בראש בין המיקרוקרנל לגרעין המונוליטי

כאן תלמדו את ההשוואה ראש בראש בין המיקרו-קרנל ל-Monolitic Kernel. ההבדלים העיקריים בין המיקרוקרנל והגרעין המונוליטי הם כדלקמן:

סיכום

לשתי ארכיטקטורות הליבה יש הרבה יתרונות ומגבלות. לכן, אין פתרון פשוט לגבי מה עדיף וחייבים להשתמש בו. המטרות והדרישות צריכות לבחור את סגנון הקרנל. לסוגים אחרים של גרעינים יש ננו-גרעינים, גרעינים היברידיים ואקסוקרנלים.