Kernel là gì? Phân loại kernel và vai trò của nó đối với máy tính là gì?

Vậy, kernel là gì? Có bao nhiêu loại kernel, bài viết sau đây của chúng tôi sẽ giúp bạn lý giải các vấn đề này.

Kernel là gì?

Kernel là thành phần cốt lõi của một hệ điều hành. Sử dụng giao tiếp giữa các quá trình và các cuộc gọi hệ thống, nó hoạt động như một cầu nối giữa các ứng dụng và xử lý dữ liệu được thực hiện ở cấp độ phần cứng.

Phiên bản kernel là gì? Khi một hệ điều hành được tải vào bộ nhớ, kernel sẽ tải trước và lưu lại trong bộ nhớ cho đến khi hệ điều hành được tắt lại. Nhân chịu trách nhiệm cho các tác vụ cấp thấp như quản lý đĩa, quản lý tác vụ và quản lý bộ nhớ.

Vai trò của Kernel

Nhân cung cấp và quản lý tài nguyên máy tính, cho phép các chương trình khác chạy và sử dụng các tài nguyên này. Nhân cũng thiết lập không gian địa chỉ bộ nhớ cho các ứng dụng, tải các tệp có mã ứng dụng vào bộ nhớ, thiết lập ngăn xếp thực thi cho các chương trình và các nhánh ra các vị trí cụ thể bên trong các chương trình để thực thi.

Hạt nhân chịu trách nhiệm:

• Quản lý quy trình để thực hiện ứng dụng

• Quản lý bộ nhớ, phân bổ và I / O

• Quản lý thiết bị thông qua việc sử dụng trình điều khiển thiết bị

• Kiểm soát cuộc gọi hệ thống, điều cần thiết để thực hiện các dịch vụ kernel

Phân loại hạt nhân

Microkernel

Một microkernel sử dụng cách tiếp cận chỉ quản lý những gì nó có: CPU, bộ nhớ và IPC. Khá nhiều thứ khác trong máy tính có thể được xem như một phụ kiện và có thể được xử lý trong chế độ người dùng. Microkernels có lợi thế về tính di động vì họ không phải lo lắng nếu bạn thay đổi thẻ video hoặc thậm chí hệ điều hành của mình miễn là hệ điều hành vẫn cố gắng truy cập phần cứng theo cách tương tự. Microkernels cũng có dung lượng rất nhỏ, cho cả bộ nhớ và không gian cài đặt và chúng có xu hướng an toàn hơn vì chỉ các quy trình cụ thể chạy trong chế độ người dùng không có quyền cao như chế độ giám sát.

Ưu điểm

• Tính di động

• Dấu chân cài đặt nhỏ

• Dấu chân bộ nhớ nhỏ

• Bảo vệ

Nhược điểm

• Phần cứng được trừu tượng hóa hơn thông qua trình điều khiển

• Phần cứng có thể phản ứng chậm hơn vì trình điều khiển ở chế độ người dùng

• Các quy trình phải chờ trong hàng đợi để lấy thông tin

• Các quy trình không thể truy cập vào các quy trình khác mà không phải chờ đợi

Hạt nhân nguyên khối

Hạt nhân nguyên khối trái ngược với microkernels vì chúng không chỉ bao gồm CPU, bộ nhớ và IPC, mà chúng còn bao gồm những thứ như trình điều khiển thiết bị, quản lý hệ thống tệp và các cuộc gọi máy chủ hệ thống. Các hạt nhân nguyên khối có xu hướng tốt hơn trong việc truy cập phần cứng và đa nhiệm bởi vì nếu một chương trình cần lấy thông tin từ bộ nhớ hoặc một quá trình khác đang chạy, nó có một đường truyền trực tiếp hơn để truy cập nó và không phải đợi trong hàng đợi để hoàn thành công việc. Tuy nhiên, điều này có thể gây ra sự cố bởi vì càng nhiều thứ chạy trong chế độ giám sát, thì càng có nhiều thứ có thể làm sập hệ thống của bạn nếu một thiết bị không hoạt động đúng.

Ưu điểm

• Truy cập trực tiếp hơn vào phần cứng cho các chương trình

• Dễ dàng hơn cho các quá trình giao tiếp giữa nhau

• Nếu thiết bị của bạn được hỗ trợ, thiết bị sẽ hoạt động mà không cần cài đặt thêm

• Các quy trình phản ứng nhanh hơn vì không có hàng đợi cho thời gian xử lý

Nhược điểm

• Dấu chân cài đặt lớn

• Dấu chân bộ nhớ lớn

• Ít an toàn hơn vì mọi thứ chạy trong chế độ giám sát

Hạt nhân lai

Hạt nhân lai có khả năng chọn và chọn những gì họ muốn chạy trong chế độ người dùng và những gì họ muốn chạy trong chế độ giám sát. Thông thường, những thứ như trình điều khiển thiết bị và I/O của hệ thống tập tin sẽ được chạy ở chế độ người dùng trong khi các cuộc gọi IPC và máy chủ sẽ được giữ ở chế độ giám sát. Điều này mang lại điều tốt nhất cho cả hai thế giới nhưng thường sẽ đòi hỏi nhiều công việc hơn của nhà sản xuất phần cứng vì tất cả trách nhiệm của tài xế là tùy thuộc vào họ. Nó cũng có thể có một số vấn đề về độ trễ vốn có với microkernels.

Ưu điểm

• Nhà phát triển có thể chọn và chọn những gì chạy trong chế độ người dùng và những gì chạy trong chế độ giám sát

• Dấu chân cài đặt nhỏ hơn hạt nhân nguyên khối

• Linh hoạt hơn các mô hình khác

Nhược điểm

• Có thể bị lag quá trình tương tự như vi hạt nhân

• Trình điều khiển thiết bị cần được quản lý bởi người dùng (thông thường)

Nano Kernels

Đơn giản hóa yêu cầu bộ nhớ bằng cách ủy thác các dịch vụ, bao gồm các dịch vụ cơ bản như bộ điều khiển ngắt hoặc bộ hẹn giờ cho trình điều khiển thiết bị.

Exo Kernels

Phân bổ tài nguyên phần cứng vật lý như thời gian xử lý và khối đĩa cho các chương trình khác, có thể liên kết với các hệ điều hành thư viện sử dụng kernel để mô phỏng trừu tượng hóa hệ điều hành.

Cấu trúc Linux kernel

Bởi vì Linux Kernel là hạt nhân nguyên khối, nó có dấu chân lớn nhất và phức tạp nhất so với các loại hạt nhân khác. Đây là một tính năng thiết kế đã được tranh luận khá nhiều trong những ngày đầu của Linux và vẫn mang một số lỗi thiết kế tương tự mà các hạt nhân nguyên khối vốn có.

Một điều mà các nhà phát triển nhân Linux đã làm để khắc phục những lỗi này là tạo ra các mô-đun hạt nhân có thể được tải và tải trong thời gian chạy, nghĩa là bạn có thể thêm hoặc xóa các tính năng của hạt nhân một cách nhanh chóng. Điều này có thể vượt xa việc chỉ thêm chức năng phần cứng vào kernel, bằng cách bao gồm các mô đun chạy các quy trình máy chủ, như ảo hóa mức độ thấp, nhưng nó cũng có thể cho phép thay thế toàn bộ kernel mà không cần phải khởi động lại máy tính của bạn trong một số trường hợp.