マイクロカーネルとモノリシックカーネルの違い

マイクロカーネルとモノリシックカーネルは、オペレーティングシステムの 2 種類のカーネルです。カーネルはOSの主要部分です。その結果、カーネルの重要なコードは異なるメモリ空間に保存されます。カーネルはシステム全体の適切な機能を維持するため、非常に重要なコンポーネントです。ハードウェアとプロセス、ファイル処理、その他のいくつかの機能を管理します。

この記事では、マイクロカーネルとモノリシックカーネルについて学びます。ただし、違いについて説明する前に、マイクロカーネルとモノリシックカーネルについて知っておく必要があります。

マイクロカーネルとは何ですか?

マイクロカーネルは、OS のカスタマイズを可能にするカーネルの一種です。特権があり、低レベルのアドレス空間管理と、 プロセス間通信 (IPC) 。さらに、仮想メモリマネージャー、ファイルシステム、CPU スケジューラーなどの OS 機能はマイクロカーネル上に構築されます。すべてのサービスには、安全性を確保するためのアドレス空間があります。さらに、すべてのアプリケーションには独自のアドレス空間があります。その結果、アプリケーション、OS サービス、カーネルの間が保護されます。

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アプリケーションが OS サービスにサービスを要求すると、OS サービスは相互に通信して、要求されたサービスをアプリケーションに提供します。プロセス間通信 (IPC) は、この通信の確立を支援します。全体として、マイクロカーネルベースのオペレーティングシステムは、高レベルの拡張性を提供します。アプリケーションのニーズに合わせてオペレーティングシステムのサービスをカスタマイズすることもできます。

マイクロカーネルのメリットとデメリット

マイクロカーネルにはさまざまな利点と欠点があります。マイクロカーネルの長所と短所のいくつかは次のとおりです。

利点

これらはモジュール式であり、カーネルを変更せずにいくつかのモジュールを変更、再ロード、置換できます。
マイクロカーネルのアーキテクチャは小さく、独立していますが、より適切に動作する可能性があります。
マイクロカーネルシステムは、複数のサーバーによって実装された API が共存できる多用途の技術です。
カーネルを中断せずにシステムアプリケーションに追加できるため、システムをより簡単に拡張できます。
再コンパイルせずに新しい機能を追加します。
モノリシックシステムと比較すると、システムクラッシュが少なくなります。

短所

ドライバーがプロセスとして実行される場合、マイクロカーネルでコンテキストスイッチが必要です。
マイクロカーネルシステムのパフォーマンスは変動し、問題を引き起こす可能性があります。
マイクロカーネルサービスは、従来のモノリシックシステムよりも高価です。

モノリシックカーネルとは何ですか?

モノリシックカーネルは、システムアプリケーションとシステムハードウェアの間でシステムのリソースを管理します。マイクロカーネルとは異なり、ユーザーサービスとカーネルサービスは同じアドレス空間で実行されます。カーネルのサイズが大きくなり、OS のサイズも大きくなります。

モノリシックカーネルは、システムコールを介して CPU スケジューリング、デバイス管理、ファイル管理、メモリ管理、プロセス管理、およびその他の OS サービスを提供します。ファイル管理やメモリ管理を含むこれらのコンポーネントはすべてカーネル内にあります。ユーザーサービスとカーネルサービスは同じアドレス空間を使用するため、オペレーティングシステムの実行が高速になります。このカーネルの欠点の 1 つは、システムのプロセスまたはサービスが失敗すると、システム全体がクラッシュすることです。モノリシックカーネルに新しいサービスを追加するには、オペレーティングシステム全体を変更する必要があります。

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モノリシックカーネルの長所と短所

モノリシックカーネルにはさまざまな利点と欠点があります。モノリシックカーネルの長所と短所のいくつかは次のとおりです。

利点

モノリシックカーネルは、メモリ管理、ファイル管理、プロセススケジューリングなどにより高速に実行されます。
すべてのコンポーネントは、相互に直接対話することができ、またカーネルとも直接対話することができます。
これは、単一のアドレス空間内で完全に実行される単一の巨大なプロセスです。
その構造は簡単でシンプルです。カーネルには、処理に必要なすべてのコンポーネントが含まれています。

短所

ユーザーが新しいサービスを追加する必要がある場合は、オペレーティングシステム全体を変更する必要があります。
モノリシックオペレーティングシステムで書かれたコードを移植するのは簡単ではありません。
いずれかのサービスに障害が発生すると、システム全体に障害が発生します。

マイクロカーネルとモノリシックカーネルの主な違い

ここでは、マイクロカーネルとモノリシックカーネルの主な違いを学びます。マイクロカーネルとモノリシックカーネルのさまざまな違いは次のとおりです。

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マイクロカーネルは、低レベルのアドレス空間管理、IPC、スレッド管理などのメソッドを提供することでオペレーティングシステムを実装するカーネルタイプです。一方、モノリシックカーネルは、完全な OS がカーネル空間で実行されるタイプのカーネルです。
マイクロカーネルは、ユーザーサービスとカーネルサービスを異なるアドレス空間で実行します。一方、モノリシックカーネルは、カーネルサービスとユーザーサービスの両方を同じアドレス空間で実行します。マイクロカーネルでは、IPC、メモリ管理、スケジューリングなどの重要なプロセスのみがカーネル空間で実行されます。
システムのアプリケーションとハードウェア間の通信はメッセージパッシングによって確立されるため、マイクロカーネルの実行は遅くなります。一方、モノリシックカーネルの実行は、システムコールによってシステムのアプリケーションとハードウェアの通信が確立されるため、高速になります。
マイクロカーネルはメッセージングキューを使用して IPC を実現します。一方、モノリシックカーネルはソケットとシグナルを使用して IPC を実現します。
カーネルアドレス空間ではカーネルサービスのみが実行されるため、マイクロカーネルのサイズはモノリシックカーネルよりも小さくなります。一方、モノリシックカーネルのサイズは、ユーザーサービスとカーネルサービスの両方が同じアドレス空間で実行されるため、大きくなります。
マイクロカーネルでサービスが失敗してもオペレーティングシステムは変更されないため、マイクロカーネルはモノリシックカーネルよりも安全です。一方、モノリシックカーネルでサービスに障害が発生すると、システム全体に障害が発生します。
マイクロカーネルは、カーネル空間とは別のユーザーアドレス空間に新しいサービスが追加されるため、簡単に拡張できるため、カーネルを更新する必要がありません。一方、モノリシックカーネルで新しいサービスが使用される場合は、カーネル全体を更新する必要があります。
マイクロカーネルの設計に必要なコードが少なくなり、エラーも少なくなります。対照的に、モノリシックカーネルではより多くのコードが必要となり、より多くのエラーが発生します。

マイクロカーネルとモノリシックカーネルの直接比較

ここでは、マイクロカーネルとモノリシックカーネルの直接の比較を学習します。マイクロカーネルとモノリシックカーネルの主な違いは次のとおりです。

特徴	マイクロカーネル	モノリシックカーネル
意味	これは、低レベルのアドレス空間管理、IPC、およびスレッド管理を提供することによってオペレーティングシステムを実装するカーネルタイプです。	これは、完全なオペレーティングシステムがカーネル速度で実行されるカーネルのタイプです。
サイズ	サイズは小さめです。	マイクロカーネルよりも大きいです。
スピード	プロセスの実行が遅くなります。	プロセスの実行が高速になります。
基本	カーネルサービスとユーザーサービスを異なるアドレス空間に実装します。	ユーザーサービスとカーネルサービスの両方を同じアドレス空間に実装します。
安全	モノリシックカーネルよりも安全です。	マイクロカーネルよりも安全性が低くなります。
安定性	単一のプロセスに障害が発生しても、他のプロセスには影響しません。	モノリシックカーネルでは、サービスに障害が発生すると、システム全体に障害が発生します。
拡張可能	拡張も簡単です。	延長するのは難しいです。
コード	マイクロカーネルを作成するには、さらに多くのコードが必要です。	モノリシックカーネルを作成するために必要なコードは少なくなります。
プロセス間	通信マイクロカーネルは、メッセージングキューを使用して IPC を実現します。	モノリシックカーネルは、シグナルとソケットを使用して IPC を実現します。
メンテナンス性メンテナンスが容易です。	メンテナンスには余分な時間とリソースがかかります。
デバッグ	デバッグは簡単です。	デバッグするのは難しいです。
例	Symbian、L4Linux、K42、Mac OS X、PikeOS、HURD など	Linux、BSD、Solaris、OS-9、DOS、OpenVMS など

結論

どちらのカーネルアーキテクチャにも多くの利点と制限があります。したがって、どちらが優れているかについて単純な解決策はなく、どちらを使用する必要があります。目標と要件に応じてカーネルスタイルを選択する必要があります。他のタイプのカーネルには、ナノカーネル、ハイブリッドカーネル、およびエクソカーネルがあります。