MINIX3操作系统架构及启动过程分析.pdf

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1、万方数据第23卷第1期2011年3月河南工程学院学报(自然科学版)JOURNALOFHENANINSnTUTEOFENGINEERINGV01．23，No．1Ma／"．20】】MINIX3操作系统架构及启动过程分析张治国1，孙智军2(1．河南工程学院计算机科学与工程系，河南郑州45119l；2．河南省肿瘤医院信息科，河南郑州450003)摘要：MINIX操作系统最初是用于教学的一种类UNIX操作系统．随着MINIX系统的版本发展到MINIX3，系统架构相对于最初的版本有了根本的变化，功能也不断增强。已经有许多的应用软件移植到了MINIX3操作系统上．分析了MINIX3操作系

2、统所采用的微内核架构，对比了微内核架构的操作系统与传统宏内核架构的操作系统之间的优缺点．也讨论了MINIX3操作系统的引导加载过程．关键词：操作系统；MINIX3；微内核；引导过程中图分类号：TP316文献标识码：A文章编号t1674—330X(2011)01—0059—04操作系统的实践教学一直都是整个操作系统教学环节中的难点，大多数操作系统原理方面的教材都重理论而轻实践．由于大部分的操作系统源代码是不公开的，学生在学习完操作系统原理之后，对如何构建一个操作系统仍然是一知半解．鉴于这种情况，荷兰阿姆斯特丹自由大学的Andrew教授领导开发了一个用于教学的开放源代码的类UN

3、IX操作系统，这就是MINIX⋯操作系统．由于MINIX操作系统的源代码开放，并且相对于另一个源代码开放的操作系统LINUX，MINIX操作系统更小，代码量更少，使得人们更加容易理解操作系统的构建，从而能够对操作系统做出更好的改进．事实上，LINUX操作系统的作者最初就是以MINIX操作系统为样本，开发了最初的LINUX操作系统内核．由于种种原因，LINUX操作系统得到了商业支持，其内核也变得越来越大，全面地学习LINUX操作系统内核几乎是不可能的．因此，MINIX操作系统仍然是学习操作系统实际构建的第一选择．1宏内核与微内核1．1宏内核所谓宏内核指的是操作系统的进程管理功

4、能、存储管理功能、文件系统的实现和设备管理功能等均在内核空间运行【2]．这样的操作系统内核包含的可执行代码量大，可以认为宏内核就是一个非常巨大的包含可执行代码的文件．1．2微内核操作系统内核应当被设计得足够健壮，但是宏内核架构的操作系统由于两个方面的主要原因而变得不够稳定和安全，一是操作系统的内核太大；二是没有错误隔离机制．软件的稳定性研究表明，基本上每1000行的可执行代码中包含6～16个错误，所以对于像LINUX或WindowsXP这样内核包含几百万行代码的操作系统，其中包含的错误可想而知的．更糟的是，70％的内核可执行代码都是设备的驱动程序∞J，而设备驱动程序更容易出

5、现错误．缺乏有效的错误隔离机制同样也是操作系统容易崩溃的一个原因，因为设备驱动程序、进程管理程序、内存管理程序等都运行在内核空间，所以当其中某一个模块功能出现错误以后，都可能会引起整个内核空间的数据结构被破坏，从而引起操作系统的崩溃。如果有了有效的错误隔离机制，当操作系统的某一功能运行不正常时，人们可以通过某种方法重新启动引起错误的功能模块，从而不会影响操作系统其他功能的正常运行，这样，操作系统内核甚至都感知不到有模块发生错误．收稿日期：2010—12—03作者简介：张治国(1978一)，男，河南洛阳人，助教。硕士，主要从事计算机网络服务质量研究万方数据·60·河南工程学院

6、学报(自然科学版)2011卑微内核的操作系统就是为了要解决上面提到的问题而提出的[2]．在微内核架构的操作系统中，内核被尽可能地设计得足够小．内核代码只完成一些最基本的功能，如中断与异常的管理、最基本的存储管理、对系统中的进程通信进行管理等．操作系统的其他功能，如进程管理、存储器管理、文件管理、设备管理等功能都不是微内核的功能，这些功能也都不在内核空间实现，而全部在用户空间实现．当应用程序需要某些系统服务时，内核只提供消息传递的机制，通知运行在用户空间的进程管理模块或其他的管理模块为用户提供服务．由于操作系统的大多数管理功能转移到了用户空间来实现，所以当某一管理功能出现问题

7、时，并不会引起内核空间的错误，使得操作系统并不会因为某一模块的异常而崩溃．1．3宏内核与微内核的对比微内核架构的操作系统的优点是灵活性好、开放性好和扩充性好，系统的健壮性也比宏内核的操作系统要好．但是，由于微内核的操作系统需要频繁地进行消息的传递，同时也需要不断在内核模式和用户模式之间进行切换，这使得微内核操作系统的效率比宏内核的操作系统效率要低．2MINIX3操作系统的内核架构现在，MINIX操作系统的发展已经历经3代．不同于MINIXl和MINIX2操作系统，MINIX3操作系统内核在设计上与前两代有了根本的改