ハイブリッドカーネル

ハイブリッドカーネルは、コンピューターのオペレーティングシステムで使用されるマイクロカーネルとモノリシックカーネルアーキテクチャの側面と利点を組み合わせようとするオペレーティングシステムカーネルアーキテクチャです。

概要

従来のカーネルカテゴリは、モノリシックカーネルとマイクロカーネルです（ナノカーネルとエキソカーネルは、マイクロカーネルのより極端なバージョンと見なされます）。 「ハイブリッド」カテゴリは、ハイブリッドカーネルと通常のモノリシックカーネルの類似性により、議論の余地があります。この用語は、Linus Torvaldsによって単純なマーケティングとして却下されました。

ハイブリッドカーネルの背後にある考え方は、マイクロカーネルと同様のカーネル構造を持つことですが、モノリシックカーネルの方法でその構造を実装することです。マイクロカーネルとは対照的に、ハイブリッドカーネル内のすべての（またはほぼすべての）オペレーティングシステムサービスは、まだカーネルスペースにあります。マイクロカーネルのように、ユーザー空間にサービスを提供することの信頼性の利点はありません。ただし、通常のモノリシックカーネルと同様に、通常はマイクロカーネルに付属しているカーネルモードとユーザーモード間のメッセージパッシングとコンテキストスイッチングのパフォーマンスオーバーヘッドはありません。

例

NTカーネル

ハイブリッドカーネルの顕著な例の1つは、Windows NTファミリのすべてのオペレーティングシステム（Windows 10およびWindows Server 2019を含む）およびWindows Phone 8、Windows Phone 8.1、およびXbox Oneを駆動するMicrosoft Windows NTカーネルです。 NTベースのWindowsは、モノリシックカーネルではなくハイブリッドカーネル（またはマクロカーネル）として分類されます。これは、エミュレーションサブシステムがモノリシックカーネルのカーネルモードではなく、ユーザーモードサーバープロセスで実行されるためです。 Machの設計目標に似た設計目標（特に、一般的なカーネル設計からのOSパーソナリティの分離）。逆に、NTがマイクロカーネルシステムではない理由は、モノリシックデザインの場合のように、ほとんどのシステムコンポーネントがカーネルと同じアドレス空間で実行されるためです（従来のモノリシックデザインでは、 se、ただし、カーネルはNTのマイクロカーネルお​​よびカーネルモードサブシステムとほぼ同様の機能を実装します。

Windows NTの設計には、典型的なマイクロカーネルシステムであるMachと同じ目的の多くが含まれます。最も重要なものの1つは、よく知られたインターフェイスを介して通信するモジュールの集合としての構造であり、最初のようなコア機能に限定された小さなマイクロカーネルですレベルの割り込み処理、スレッドスケジューリング、同期プリミティブ。これにより、直接プロシージャコールまたはプロセス間通信（IPC）のいずれかを使用してモジュール間で通信できるため、異なるアドレススペース（カーネルスペースまたはサーバープロセスなど）にあるモジュールの潜在的な場所を特定できます。 Machと共有する他の設計目標には、多様なアーキテクチャのサポート、複数のオペレーティングシステムパーソナリティをその上に実装できるように十分に抽象化されたカーネル、およびオブジェクト指向の組織のサポートが含まれます。

Windowsの主要なオペレーティングシステムパーソナリティは、常に存在するWindows APIです。 Windowsパーソナリティを実装するエミュレーションサブシステムは、クライアント/サーバーランタイムサブシステム（csrss.exe）と呼ばれます。 4.0より前のバージョンのNTでは、このサブシステムプロセスには、ウィンドウマネージャー、グラフィックスデバイスインターフェイス、およびグラフィックスデバイスドライバーも含まれていました。ただし、パフォーマンス上の理由から、バージョン4.0以降では、これらのモジュール（モノリシックシステム、特に内部グラフィックスサポートなしで設計されたシステムでもユーザーモードで実装されることが多い）はカーネルモードサブシステムとして実行されます。

NTで実行されるアプリケーションは、OSパーソナリティの1つ（通常はWindows API）に書き込まれ、ドキュメントが公開されていないネイティブNT APIには書き込まれません（デバイスドライバー開発で使用されるルーチンを除く）。 OSパーソナリティは、必要に応じてアプリケーションプロセスのアドレススペースにマップされるユーザーモードDLL（ダイナミックリンクライブラリを参照）のセットと、エミュレーションサブシステムサーバープロセス（前述）を介して実装されます。アプリケーションは、アドレススペースにマップされたOSパーソナリティDLLを呼び出すことによりシステムサービスにアクセスし、さらに、アドレススペースはプロセスランタイムにマップされたNTランタイムライブラリ（ntdll.dll）を呼び出します。 NTランタイムライブラリは、カーネルモードにトラップしてカーネルモードのエグゼクティブルーチンを呼び出すか、適切なユーザーモードサブシステムサーバープロセスに対してローカルプロシージャコール（LPC）を行うことにより、これらの要求を処理します。アプリケーションプロセス、カーネルモードサブシステムなど。

XNUカーネル

XNUは、Apple Inc.がmacOS、iOS、watchOS、およびtvOSオペレーティングシステムで使用するために取得および開発したカーネルであり、ダーウィンオペレーティングシステムの一部として無料のオープンソースソフトウェアとしてリリースされています。 XNUはXはNot Unixの頭字語です。

NeXTがNeXTSTEPオペレーティングシステム用に開発したXNUは、カーネギーメロン大学で開発されたMachカーネルのバージョン2.5と4.3BSDのコンポーネント、およびDriver Kitと呼ばれるドライバー作成用のオブジェクト指向APIを組み合わせたハイブリッドカーネルでした。

AppleがNeXTを買収した後、MachコンポーネントはマイクロカーネルであるOSFMK 7.3にアップグレードされました。 Appleは、FreeBSDの一部を含むハイブリッドカーネルとして機能する、大幅に変更されたOSFMK 7.3を使用しています。 （OSFMK 7.3には、University of Utah Mach 4カーネルの適用可能なコードと、元のCarnegie Mellon University Mach 3.0カーネルから派生した多くのMach 3.0バリアントの適用可能なコードが含まれています。）BSDコンポーネントは、FreeBSDプロジェクトおよびドライバーキットは、I / Oキットと呼ばれるドライバーを作成するためのC ++ APIに置き換えられました。

他のいくつかの最新のカーネルと同様に、XNUはハイブリッドであり、モノリシックとマイクロカーネルの両方の機能を含み、マイクロカーネルのメッセージパッシング機能など、モジュール化とOSの大部分を保護することでメリットを享受できるように、両方のテクノロジーを最大限に活用しようとしていますメモリ、および特定の重要なタスクのモノリシックカーネルの速度を保持します。

XNUは、iOS、IA-32、およびx86-64ベースのプロセッサの一部としてARMで実行されます。

その他

• BeOS
  • 俳句
• 音節
• BSDベース
  • DragonFly BSD（ハイブリッドカーネルを使用する最初の非マッハBSD OS）
• NetWare
• Bell Labsのプラン9
  • インフェルノ
• MikeOS
• OS / 2
  • eComStation
  • OS / 4
• ReactOS
• OS / 5
• Tru64 UNIX（以前のDigital UNIX）