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微内核插件架构从原理到实践

微内核

前言最近一段时间一直在参与一些SaaS产品的设计，发现SaaS主产品有90%的功能基本都是通用性，其中10%各个租户都会出现定制化，比如一些页面表单字段的差异化、业务规则差异化以及流程差异化等，这些差异化如果软件架构的可扩展性不够，很容易出现后期维护成本非常高 。其实技术发展到今天，软件架构设计有一个核心的理念一直没有不变，如何面的业务发展的不确定性快速实现，比如Nosql的出现为了弥补传统关系型数据库数据结构的不确定性，规则引擎的出现为了解决业务规则的不确定性 。今天同样面对SaaS产品各个租户的需求不确定性以及差异化，让我很容易到微内核插件架构设计，微内核插件架构设计是一种非常典型的架构设计模式 。
 
微内核架构本质上是为了提高系统的扩展性。所谓扩展性，是指系统在经历不可避免的变更时所具有的灵活性，以及针对提供这样的灵活性所需要付出的成本间的平衡能力 。也就是说，当在往系统中添加新业务时，不需要改变原有的各个组件，只需把新业务封闭在一个新的组件中就能完成整体业务的升级，我们认为这样的系统具有较好的可扩展性 。
 
就架构设计而言，扩展性是软件设计的永恒话题 。而要实现系统扩展性，一种思路是提供可插拔式的机制来应对所发生的变化 。当系统中现有的某个组件不满足要求时，我们可以实现一个新的组件来替换它，而整个过程对于系统的运行而言应该是无感知的，我们也可以根据需要随时完成这种新旧组件的替换 。
微内核插件架构在正式介绍微内核插件架构之前，先介绍一下什么是内核以及内核分类 。
百度百科是这样介绍内核：
内核，是一个操作系统的核心 。是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性 。内核的分类可分为单内核和双内核以及微内核 。
 
微内核（Micro kernel）是提供操作系统核心功能的内核的精简版本，它设计成在很小的内存空间内增加移植性，提供模块化设计，以使用户安装不同的接口，如 DOS、Workplace OS、Workplace UNIX 等 。IBM、Microsoft、开放软件基金会(OSF)和 UNIX 系统实验室(USL)、鸿蒙 OS 等新操作系统都采用了这一研究成果的优点 。
 
与微内核相对应的一个概念是宏内核，宏内核是包含很多功能的底层程序，干的事情很多，且不可插拔；一点微小的修改都可能会影响到整个内核，典型的”牵一发而动全身“ 。linux 就是宏内核，也因此被称为 monolithic OS 。Linux除了时钟中断、进程创建与销毁、进程调度、进程间通信外，其他的文件系统、内存管理、输入输出、设备驱动管理都需要内核完成，其中的文件系统、内存管理、设备驱动等都被作为系统进程放到了用户态空间，属于可扩展插件部分 。
 
微内核只负责最核心的功能，其他功能都是通过用户态独立进程以插件方式加入进来的，微内核负责进程的管理、调度和进程之间通讯，从而完成整个内核需要的功能 。当某个功能出现问题时，由于该功能是以独立进程方式存在的，所以不会对其他进程有什么影响从而导致内核不可用，最多就是内核某一功能现在不可用而已 。
 
微内核架构（Microkernel Architecture），也被称为插件式架构（plug-in architecture），作为一个在几十年前就被创建出来的架构模式，它如今仍然被广泛应用在各个领域中 。从组成结构上讲， 微内核架构包含两部分组件：内核系统和插件。这里的内核系统通常提供系统运行所需的最小功能集，而插件是独立的组件，包含自定义的各种业务代码，用来向内核系统增强或扩展额外的业务能力 。
 
微内核架构由以下两部分组成：核心系统（core system）和插件（plug-in component），将应用系统的业务逻辑拆分成核心系统和插件，能够提供很好的可扩展性和灵活性，极大地方便了后续需求的新增和修改 。

微内核插件架构从原理到实践

文章插图
 
核心模块只拥有能使应用运行的最小功能逻辑 。许多操作系统使用微内核系统架构，这就是该结构的名字由来 。从业务应用的角度，核心系统通常定义了一般商务逻辑，不包含特殊情况、特殊规则、复杂的条件的特定处理逻辑 。
 
插件模块是独立存在的模块，包含特殊的处理逻辑、额外的功能和定制的代码，能拓展核心系统业务功能 。通常，不同的插件模块互相之间独立，但是你可以设计成一个插件依赖于另外一个插件的情况 。最重要的是，你需要让插件之间的互依赖关系降低到最小，为避免繁杂的依赖问题 。


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