隨著嵌入式系統(tǒng)越來越多得與外部連接，甚至是通過互聯(lián)網(wǎng)連接，其安全性也越來越受到關(guān)注。比如用掌上電腦進行網(wǎng)上購物的時候，用戶的銀行帳號信息必須得到嚴格的保護。安全性具體是指要求嵌入式設(shè)備在與外部連接的過程中，其內(nèi)部的數(shù)據(jù)不會偶然或被惡意地破壞、更改或者泄露，維持嵌入式系統(tǒng)中信息的保密性和完整性。

　　微內(nèi)核操作系統(tǒng)

　　所謂微內(nèi)核是一種最小的的計算機操作系統(tǒng)內(nèi)核，其設(shè)計思想是內(nèi)核本身不提供操作系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)，而是提供實現(xiàn)這些服務(wù)的機制，諸如底層的地址空間管理，線程調(diào)度以及進程間通信。一般的硬件都有執(zhí)行權(quán)限級別，比如Intel IA32架構(gòu)有Ring0到Ring3的特權(quán)級，而一般的操作系統(tǒng)至少會用到兩個，稱之為內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。而對于微內(nèi)核操作系統(tǒng)來說，并非操作系統(tǒng)服務(wù)都運行于內(nèi)核態(tài)，而是提供服務(wù)實現(xiàn)的機制部分運行于內(nèi)核態(tài);而操作系統(tǒng)的服務(wù)，包括設(shè)備驅(qū)動，文件系統(tǒng)和用戶界面等則作為用戶態(tài)的服務(wù)應(yīng)用程序運行。

圖2 單內(nèi)核操作系統(tǒng)(左)和微內(nèi)核操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較圖

　　如圖2所示，左邊的是單內(nèi)核操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。我們常用的Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)都屬于這個類型。單內(nèi)核操作系統(tǒng)的內(nèi)核提供完整的操作系統(tǒng)服務(wù)，比如圖中所示的文件系統(tǒng)，進程間通信，進程調(diào)度器，內(nèi)存管理，設(shè)備驅(qū)動程序等等。而應(yīng)用程序則運行在用戶態(tài)，應(yīng)用程序想要使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，需要通過內(nèi)核提供的接口，我們稱之為系統(tǒng)調(diào)用。當應(yīng)用程序進程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時，會陷入到內(nèi)核的代碼去執(zhí)行，進程此時運行于內(nèi)核態(tài)，處理器處于特權(quán)級最高的Ring0狀態(tài)執(zhí)行。當應(yīng)用程序需要的操作系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用完成，進程回到原本的應(yīng)用程序代碼中繼續(xù)執(zhí)行，也同時回到了用戶態(tài)，在Ring3的特權(quán)級上運行。

　　而對于右邊的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的內(nèi)核部分被大大簡化，只包括基本的IPC機制，虛擬內(nèi)存映射和調(diào)度機制，這些僅僅是用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)服務(wù)的基本機制。真正的操作系統(tǒng)服務(wù)，比如設(shè)備驅(qū)動，文件系統(tǒng)，應(yīng)用程序間通信等，通過用戶態(tài)服務(wù)程序的方式實現(xiàn)。當普通的應(yīng)用程序需要操作系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)時，通過發(fā)送IPC消息給這個服務(wù)程序，這些服務(wù)程序進行相關(guān)的操作，必要時也會通過內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用陷入到內(nèi)核態(tài)去執(zhí)行基本的操作，并把結(jié)果再通過IPC返回給請求服務(wù)的應(yīng)用程序。

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