嵌入式系统就业前景 微内核操作系统在嵌入式平台上的应用

　　摘要：针对嵌入式系统飞速发展的趋势，本文分析了嵌入式平台对操作系统的需求以及微内核操作系统的特点，并指出了两者之间的匹配之处。随着微内核技术的成熟，微内核操作将成为嵌入式平台一个很好的选择。

　　关键词：微内核；操作系统；嵌入式

　　引言

　　在最近的几年中，嵌入式技术得到了飞速的发展。大到汽车、电梯、医疗仪器乃至工业设备，小到手机、MP4、照相机等消费电子产品，甚至是人们生活中所熟知的电冰箱、微波炉、洗衣机等传统电器，到处可以看到嵌入式系统的身影。根据BCCResearchGroup的分析结果，嵌入式行业在最近5年中保持着年均14％的增长，到2009年将会成为一个880亿的巨大市场。

　　所谓嵌入式系统是指为特定应用而设计的专用电脑系统，通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。说到嵌入式系统上的操作系统，人们首先想到的是各种经过裁剪的Linux以及WinCE。但是Linux和WinCE本身作为单内核(monolithickernel)操作系统，内核部分过于复杂，并不适用于嵌入式平台。而uC/OS－Ⅱ和eCos等又过于简单，不能提供完整的功能。而随着微内核(microkernel)操作系统的理论和实现越来越成熟，微内核操作系统开始成为嵌入式平台一个很好的选择。

　　嵌入式平台对操作系统的需求

　　嵌入式平台上运行的操作系统一方面会根据嵌入式平台所执行的功能对内核组件进行裁剪，在满足系统的应用功能的基础上去除不必要的部分，另一方面，嵌入式平台对操作系统的可靠性，实 ……此处隐藏3547个字…… 权限，而没有额外的权限。最小权限准则需要系统的可信计算基础尽可能地小。可信计算基础(TrustedCompuringBase)是指整个系统中对安全性最关键的部分，在可信计算基础内的漏洞会危及整个系统的安全性。因为操作系统内核是可信计算基础中最重要的一部分，微内核操作系统内核较小的特点使之在安全性应用方面很有优势。

　　上面说了很多微内核操作系统的优点，但微内核架构也不是完美的，它有一个很大的缺点那就是性能。我们知道对于单内核操作系统，调用系统服务的方式是用过系统调用，需要的仅仅是用户态和内核态的两次转换，每个进程都同时有用户栈和内核栈可以存放执行过程中的信息。而对于微内核操作系统，调用系统服务需要通过发送IPC消息给服务应用程序，服务应用程序通过系统调用完成服务请求后再通过另一个IPC消息把结果返回给调用者。这涉及到了进程的上下文切换，并且由于没有内核栈这样简单的机制，传送消息需要额外的拷贝开销。因此性能对于微内核架构操作系统成了一个很大的问题。事实上第一代微内核操作系统诸如Mach之上运行的系统的性能让人难以接受。然而以L4为首的第二代微内核操作系统通过合理的架构设计，将IPC的开销相对Mach成数量级级别得减少。有分析表明在L4微内核操作系统之上运行的L4Linux的性能相对原本的Linux只有几个百分点的损失。

　　结语

　　综上文所述，微内核操作系统的可靠性、实时性和安全性特点很好得匹配了嵌入式平台对操作系统的需求。随着对微内核操作系统研究的深入，其相应技术将会不断地成熟，性能也会不断地提高，可以预见不久的将来，我们将会见到越来越多的微内核操作系统被应用到嵌入式平台上。