Linux為什么使用內(nèi)核模塊？

我們常常說(shuō)到的操作系統(tǒng)有Linux、Windows、mac OS等等，手機(jī)的安卓系統(tǒng)就是基于Linux操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)從內(nèi)核的角度分為宏內(nèi)核和微內(nèi)核，Linux是典型的宏內(nèi)核的操作系統(tǒng)，Windows是典型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)。

從字面上可以猜想：

• 宏就是比較大或比較多，也就是說(shuō)宏內(nèi)核功能會(huì)比較多；

• 微就是比較小或比較少，也就是說(shuō)微內(nèi)核功能比較少。

其實(shí)上........

宏內(nèi)核是把所有的內(nèi)核功能整體編譯在一起，形成一個(gè)單獨(dú)的內(nèi)核鏡像文件。用戶(hù)服務(wù)和內(nèi)核服務(wù)在同一空間中實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)，內(nèi)核需要運(yùn)行內(nèi)核進(jìn)程的代碼，當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用或者中斷進(jìn)入內(nèi)核態(tài)時(shí)，內(nèi)核也需要運(yùn)行用戶(hù)進(jìn)程的代碼，所以宏內(nèi)核需要管理的資源相對(duì)較多，所以宏內(nèi)核就會(huì)比較大。

很明顯，它優(yōu)點(diǎn)是效率會(huì)比較高，各個(gè)功能模塊的交互是通過(guò)直接的函數(shù)調(diào)用進(jìn)行的。

微內(nèi)核只實(shí)現(xiàn)內(nèi)核中相當(dāng)關(guān)鍵和核心的一部分，比如進(jìn)程的通信(IPC）、內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度等功能，其它的操作系統(tǒng)組件（比如文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序等）都在各自獨(dú)立的地址空間執(zhí)行，他們被單獨(dú)編譯。

很明顯，它的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)性好，功能模塊之間的交互需要通過(guò)微內(nèi)核提供的某種通信機(jī)制來(lái)建立。華為開(kāi)發(fā)者大會(huì)宣布的鴻蒙操作系統(tǒng)就是微內(nèi)核。

然而，對(duì)于Linux這種宏內(nèi)核，缺點(diǎn)也是比較明顯，如果想要增減、刪除、修改內(nèi)核某個(gè)功能，就得重新編譯整個(gè)Linux內(nèi)核，內(nèi)核如果越來(lái)越大，那么編譯就會(huì)變得越慢。

在驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)初期，需要經(jīng)常修改驅(qū)動(dòng)代碼，這對(duì)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)造成很大的困擾，顯然是不可接受的，所以可維護(hù)性差。

為了彌補(bǔ)這一缺陷，Linux內(nèi)核提供了模塊機(jī)制，稱(chēng)為內(nèi)核模塊。

使得編譯出的內(nèi)核并不需要包含所有功能，它是被單獨(dú)編譯的一段內(nèi)核代碼，而在這些功能需要被使用的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的代碼被動(dòng)態(tài)地加載到內(nèi)核中，在不需要的時(shí)候，可以動(dòng)態(tài)的卸載（卸載需要內(nèi)核配置模塊可卸載的選項(xiàng)），從而減少內(nèi)核的功能，并節(jié)約一部分內(nèi)存。

而不管的加載還是卸載，都不需要重新啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)。

而前面提到的對(duì)于驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)造成的困擾就被解決了，驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者可以隨時(shí)修改驅(qū)動(dòng)的代碼，然后不需要編譯整個(gè)內(nèi)核，只需要編譯驅(qū)動(dòng)代碼，并將新編譯的驅(qū)動(dòng)加載到內(nèi)核進(jìn)行測(cè)試，只要修改的驅(qū)動(dòng)不會(huì)使內(nèi)核崩潰，就可以不用重啟系統(tǒng)。

注意，內(nèi)核模塊不一定是驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序也不一定都是模塊的形式。

前面說(shuō)到宏內(nèi)核把所有內(nèi)核功能整體編譯在一起，形成一個(gè)單獨(dú)的內(nèi)核鏡像文件，鏡像文件就會(huì)比較大，而且整個(gè)內(nèi)核鏡像將會(huì)被加載到內(nèi)存中運(yùn)行，然而，內(nèi)核模塊的這一特點(diǎn)就有助于減小內(nèi)核鏡像文件的大小，自然也就減少了內(nèi)核所占的內(nèi)存空間。

內(nèi)核模塊的原理是基于不是所有驅(qū)動(dòng)都會(huì)同時(shí)工作，因?yàn)椴皇撬杏布纪瑫r(shí)接入系統(tǒng)。