Проблемы монолитных систем
Как показано на рис. 1, в стандартной монолитной системе ядро содержит все операционную систему, скомпонованную в едином адресном пространстве и выполняемую в режиме ядра. Ядро может быть структурировано на компоненты, или модули, показанные на рисунке в виде прямоугольников с пунктирными сторонами, но между компонентами отсутствуют защитные границы. В отличие от этого, прямоугольники со сплошными сторонами соответствуют отдельным процессам, выполняемым в режиме пользователя; каждый из этих процессов выполняется в отдельном адресном пространстве, защищаемом аппаратурой MMU (Memory Management Unit, устройство управления памятью).
С монолитными операционными системами связан ряд проблем, свойственных их архитектуре. Хотя некоторые из этих проблем уже упоминались во введении, мы приведем здесь их сводку:
- Отсутствует должная изоляция сбоев.
- Весь код выполняется на наивысшем уровне привилегированности.
- Огромный размер кода предполагает наличие многочисленных ошибок.
- В ядре присутствует ненадежный сторонний код.
- Сложность систем затрудняет их сопровождение.
Этот список свойств ставит под сомнение надежность монолитных систем. Важно понимать, что эти свойства возникают не вследствие плохой реализации, а представляют собой фундаментальные проблемы, связанные с архитектурой операционной системы.
Предполагается корректность ядра, в то время, как только лишь его размер означает, что оно должно содержать многочисленные ошибки [27, 22, 2]. Более того, для всех операционных систем, в которых код выполняется на наивысшем уровне привилегированности, и не обеспечивается должное сдерживание распространения сбоев, любая ошибка может стать фатальной. Например, неправильно работающий драйвер устройства, предоставленный сторонним разработчиком, может легко разрушить ключевые структуры данных и вывести из строя всю систему. Реальность подобной угрозы следует из того наблюдения, что аварийные отказы большинства операционных систем случаются по вине драйверов устройств [7, 25]. Дополнительной проблемой является то, что огромный размер монолитных ядер делает их очень сложными и трудно понимаемыми. Без общего понимания ядра даже опытный программист может легко внести ошибки за счет недостаточной осведомленности о побочных эффектах своих действий.
Рис. 1. Структура монолитной системы. Вся операционная система выполняется в режиме ядра без должной изоляции сбоев.
