Mikroydinarkkitehtuuri käyttöjärjestelmissä: Etuja, haasteita ja soveltaminen omaan käyttöjärjestelmäprojektiin ErikOS:ssa

Abstract

Tutkielmassa tarkastellaan mikroydinarkkitehtuuria käyttöjärjestelmissä kirjallisuuden ja oman käyttöjärjestelmäprojektin, ErikOS:n, kautta. Työn tavoitteena on selvittää, mitkä ovat mikroytimen keskeisimmät edut ja haasteet järjestelmäohjelmistojen suunnittelussa, ja miten nämä havainnot ilmenevät käytännön kehitystyössä.

Työ perustuu kirjallisuuskatsaukseen ja vertailevaan analyysiin, jossa mikroydinarkkitehtuuria verrataan monoliittisiin ja hybridimalleihin neljän kriteerin näkökulmasta: modulaarisuus, viestinvälityksen suorituskyky, virheensietokyky ja ylläpidettävyys. Lisäksi esitellään seL4:n ja MINIX 3:n kaltaisia mikroytimiä ja tarkastellaan niiden toteutuksia.

ErikOS:n yhteydessä havaittiin, että mikroytimen tarjoama komponenttieristys helpottaa testausta ja virheenkäsittelyä, mutta IPC-mekanismin suorituskyky muodostuu helposti pullonkaulaksi.

This thesis examines the microkernel architecture in operating systems through literature and a personal operating system project, ErikOS. The goal of the work is to determine the key advantages and challenges of the microkernel in system software design, and how these observations manifest in practical development.

The study is based on a literature review and comparative analysis, where the microkernel architecture is compared to monolithic and hybrid models from four perspectives: modularity, interprocess communication (IPC) performance, fault tolerance, and maintainability. The thesis also introduces microkernels such as seL4 and MINIX 3 and explores their implementations.

In the context of ErikOS, it was observed that the component isolation provided by the microkernel facilitates testing and error handling, but the performance of the IPC mechanism can easily become a bottleneck.