基于服务体的操作系统体系结构李宏1，吴明桥，龚育昌,赵振西中国科学技术大学计算机科学技术系，合肥，230027Email:hil@mail.ustc.edu.cn摘要：在分析微内核模型特点的基础上，提出了基于服务体的操作系统体系结构，引入了执行流和服务体等新的系统抽象以及服务体间通信等相应机制。服务体模型具有微内核模型的优点，克服了其效率低下的不足，为融合单内核模型和微内核模型提供了一种途径。除了传统多地址空间操作系统外，服务体模型还可应用在单地址空间操作系统中。关键词：微内核服务体执行流中图分类法：TP316文献标识码：AServer-BlockBasedOperatingSystemArchitectureLiHong,WuMing-Qiao,GongYu-Chang，ZhaoZhen-Xi(DepartmentOfComputerScienceAndTechnologyOfUSTC,HeFei,230027)Abstract:Server-Blockbasedoperatingsystemarchitectureispresentedonthebaseofanalysisofthetraditionalmicrokernel,,introducingsomenewsystemabstractionandpolicysuchasserver-block,executive-streamandthecommunicationbetweenserver-blocks.Server-Blockmodelovercomethepoorperformanceofmicrokernelandprovideaunifiedapproachtomicrokernelandmacokernel。Besidethetraditionalmultiplyaddressoperatingsystem,thenewmodelcanalsobeusedtoimplementthesingleaddressoperatingsystem.Keywords:microkernelserver-blockexecutive-stream1研究背景操作系统内核模型主要分为单内核和微内核两种，单内核模型效率高但结构性、可扩1基金项目:本项目受到国家自然科学基金项目(60273042)和安徽省自然科学基金项目(03042203)支持作者介绍:李宏，男，博士研究生，1975-，研究方向操作系统；吴明桥，男，博士研究生，1978-，研究方向操作系统；龚育昌，女，博士生导师，1945-，研究方向数据库，算法，操作系统，超媒体；赵振西，男，博士生导师，1937-，研究方向体系结构，超媒体，操作系统，开放性固件，低功耗。展性、可维护性均存在较大的不足；微内核模型目标是以统一的形式在一个系统内兼容多个不同操作系统，降低操作系统开发维护的开销。微内核模型以线程为系统基本抽象，以IPC为通讯手段，良好的体系结构使得该核模易于维护，易于分布式扩展并且可以模拟其他操作系统的语义。用户级进程/线程作为系统功能的提供者也给操作系统的调试带来莫大的方便，可以较为容易构建用户态操作系统的模拟调试环境。微内核的主要缺点是过大的运行开销，主要集中于过于频繁的上下文切换以及由于进程空间的隔离所带来的进程间通讯的开销[1]。直接使用微内核模型构造实际应用的操作系统是不现实的，使用内核级服务器代替用户级服务器作为一种改进的思路被提出并重新考虑微内核模型为系统的鲁棒性所带来的好处[2]。在这种思想的影响下微内核模型的典型代表Mach的商用版本实现中，文件、网络以及内存管理等关键代码重新被收到内核中运行在特权模式下。微内核的一种改进是使用“外核”（Exokernel）[3]思想将内核服务进一步简化，对外只提供”虚拟机”抽象。文件、网络、缓存等机制由用户库完成，减少了上下文切换和信息交换的开销具有很高的效率。MIT开发的Aegis就是在这种思想指导下设计实现的操作系统。单地址空间操作系统模型[4][8]则从另一个角度避免上下文切换以及信息共享所带来的开销。单地址空间模型具有良好的运行效率，易于实现单层次以及持久存储系统。单地址空间操作系统面临的主要困难是要求运行平台提供大的虚拟寻址空间，同时难以完全兼容UNIX语义。本文介绍一种新的操作系统内核模型—服务体模型。在服务体模型中消息传递仍然是通讯的基本方式，这是实现系统灵活性、开放性以及可扩展性的基础。服务体模型中消息的处理模式只支持同步方式，操作系统的异步功能由相应的服务体实现而不像微内核模型那样作为一种通讯机制提供给上层使用。这种消息处理模式的设计是基于以下理由的：（1）在微内核模型中绝大部分服务都是同步的，也就是Client要等待Server完成请求处理。（2）跨越服务器边界的通讯切换必然伴随着内存上下文的切换和线程调度。(3)操作系统的异步服务没有必要以一种基础通讯协议的形...
