Если вы пользуетесь компьютерами, вы наверняка слышали название Kernel. Но знаете ли вы, что такое ядро ? Где это необходимо? Если нет, то в конце сегодняшней статьи вы узнаете обо всем, что связано с ядром. Оставайтесь с нами для получения полной информации.

Это ядро ​​является очень важным центром компьютерной операционной системы (ОС). Это ядро, которое предоставляет все необходимые службы для различных частей операционной системы. Это основной слой между операционной системой и оборудованием, помогающий обрабатывать и управлять памятью, файловыми системами, управлением устройствами, а также сетями.

Ядро чаще всего сравнивают с оболочкой, которая фактически является внешней частью операционной системы, взаимодействующей с пользовательскими командами. Термины «ядро» и «оболочка» часто используются в операционных системах Unix в терминах мейнфреймов IBM или систем Microsoft Windows.

При этом не путайте ядро ​​с базовой системой ввода/вывода (BIOS), это независимая программа, которая хранится на микросхеме печатной платы компьютера.

Вот почему сегодня я подумал, почему бы не дать вам полную информацию о том, что такое ядро ​​и как оно работает. При этом вы можете познакомиться с частью этого базового компьютера C. Итак, приступим без промедления.

Что такое ядро

Операционная система предоставляет нам графический интерфейс, чтобы мы могли давать команды компьютерной системе. Но система не может понимать эти команды напрямую.

Так код компилируется на бинарном языке, где используется основной компонент операционной системы, и называется он Kernel .

Мы имеем дело с самым нижним уровнем пользовательского ядра, а затем ядро ​​имеет дело с системой.

Ядро играет роль посредника между аппаратным и программным обеспечением системы. Это ядро ​​не является операционной системой (ОС); Это центральный блок операционной системы. Это первая программа, загружаемая в защищенную область памяти в процессе загрузки. Он хранится в этой памяти до тех пор, пока работает система.

Это ядро ​​является уровнем абстракции низкого уровня. Пользовательский процесс использует систему для взаимодействия с системой. Система вызывает ядро, затем ядро ​​выполняет пользовательский процесс.

Ядро одновременно управляет другими системными процессами, такими как управление процессами, управление памятью, управление устройствами и управление вводом-выводом.

Что делает ядро?

Как я уже говорил, ядро ​​является основным компонентом операционной системы. Он действует как мост между приложениями и обрабатывает данные, используя соединения между процессами и системные вызовы, которые выполняются на аппаратном уровне.

Когда операционная система загружается в память , сначала загружается ядро, которое остается в памяти до тех пор, пока операционная система снова не выключится. Это ядро ​​отвечает за все низкоуровневые задачи, такие как управление дисками, управление задачами и управление памятью.

Как правило, ядро ​​компьютера взаимодействует с тремя основными аппаратными компонентами компьютера, а также предоставляет службы для интерфейса приложений/пользователя, процессора, памяти и других устройств ввода/вывода.

Помимо предоставления этого ядра, оно также управляет компьютерными ресурсами, поэтому оно может позволить другим программам запускаться и использовать эти ресурсы.

При этом ядро ​​подготавливает адресное пространство памяти для приложений, загружает файлы из кода приложения в память, настраивает стек выполнения для программ и переходит с ними в определенные места для выполнения внутри программ.

Каковы особенности ядра?

Познакомимся с особенностями ядра.

Каковы обязанности ядра?

Теперь давайте узнаем об обязанностях ядра.

1. ЦП : это же ядро ​​отвечает за количество запущенных программ, которые должны быть выделены процессорам в любой момент времени.

2. ОЗУ : ОЗУ используется для хранения программных инструкций и данных. Хотя многие программы часто хотят получить доступ к этой памяти, им требуется больше памяти, чем доступно в компьютере.

В таком случае ядро ​​несет ответственность за выделение памяти, которую оно будет использовать, а также за принятие решения о том, что делать, когда доступной памяти недостаточно.

3. Устройства ввода-вывода : эти ядра распределяют запросы от разных приложений, чтобы операции ввода-вывода можно было выполнять на правильном устройстве, кроме того, они также предоставляют удобные способы использования устройства.

4. Управление памятью : это ядро ​​имеет полный доступ к системной памяти, а также позволяет безопасно обращаться к ней, когда она вам нужна.

5. Управление устройствами : ядро ​​должно вести список всех доступных устройств. Это меню уже настроено пользователем или обнаружено операционной системой во время выполнения (обычно называется Plug and Play).

Какие функции предоставляет ядро?

Теперь давайте выясним, какие возможности предоставляет ядро.

1) планирование процессов (диспетчеризация)
2)
межпроцессное взаимодействие 3) синхронизация процессов
4) переключение контекста
5) управление блоками управления процессом
6) обработка прерываний
7) уничтожение создания процесса 
8) возобновление приостановки процесса 

определение ядра

Менеджером заданий операционной системы является ядро. Он контролирует и управляет всеми основными функциями операционной системы.

Управление памятью : ядро ​​предоставляет виртуальную и физическую память процессам для завершения их выполнения. Если процесс не может завершиться в физической памяти, ядро ​​также предоставляет виртуальное пространство на жестком диске, чтобы оно могло хранить там процесс.

Эта концепция называется виртуальным отображением. Когда программе нужны данные, которых в данный момент нет в ОЗУ, ЦП указывает на ядро ​​для получения данных, а затем ядро ​​также отвечает ЦП, записывая свое содержимое в неактивный блок памяти. на возможном диске (пространство, созданное для этой цели в соответствии с требованиями к данным), а затем также заменяется данными, запрошенными программой. Эта схема называется реле по требованию.

Планировщик : это ядро ​​действует как планировщик во время выполнения операций. Процессор выполняет одну операцию за раз. Это ядро ​​выделяет процессор программе из списка запущенных приложений.

Управление устройствами : ядро ​​контролирует деятельность других периферийных устройств с помощью драйверов устройств. Драйверы устройств — это программы, которые помогают операционной системе взаимодействовать с аппаратными устройствами.

Драйвер устройства обеспечивает интерфейс и помогает операционной системе взаимодействовать с другими периферийными устройствами, такими как принтеры, сканеры, модемы, клавиатура, мышь и т. д.

Этот драйвер переводит вызовы функций ОС в вызовы, специфичные для устройства. Драйверы устройств обнаруживают установленные устройства, а также поисковые системы при запуске системы.

Этот процесс использует механизм системных вызовов для взаимодействия с ядром операционной системы. Системный вызов — это служебный вызов ядра, от которого оно получает разрешение на выполнение операции. Существует инструкция машинного кода системного вызова, которую прикладная программа использует для получения разрешения на обслуживание от операционной системы.

Управление памятью: — Это ядро ​​также управляет оперативной памятью. Выделяет память как для инструкций, так и для выполнения данных. Определяет, какой процесс находится в оперативной памяти и сколько памяти требуется для выполнения процесса? Это ядро ​​обрабатывает многие процессы, используя другой механизм.

Типы ядра

Теперь давайте познакомимся с разными типами или типами ядра.

монолитное ядро

Монолитные ядра запускают все основные системные службы, такие как управление процессами, память, обработка прерываний, соединения ввода-вывода, файловая система и т. д. в пространстве ядра.

Монолитные ядра обычно имеют самую высокую скорость передачи данных среди всех других ядер и поэтому используются в больших серверах или серверах, предназначенных для рабочих мест.

монолитное ядро

1) Меньше исходных и скомпилированных моделей
. 2) Меньше кода означает меньше ошибок и меньше проблем с безопасностью.
3) Системные вызовы используются в монолитном ядре для выполнения операций
4) Выполнение происходит очень быстро
5) В этом случае все происходит в самом ядре, поэтому нам не нужны дополнительные механизмы ввода-вывода и обработки во время сборки приложения для обработки .

гомогенные дефекты ядра

1) Кодирование также очень сложно в пространстве ядра, потому что вы не можете использовать в нем общие библиотеки.
2) Отладка в этом затруднена, так как приходится часто перезагружать компьютер
3) Ошибки в части ядра вызывают множество побочных эффектов
4) Ядра часто становятся большими и их сложно поддерживать.
5) Не переносимость — монолитное ядро ​​необходимо часто переписывать для каждой новой архитектуры, которая используется в ОС.

микроядро

В то время как в микроядре ядро ​​обеспечивает основные функции, с помощью которых оно позволяет реализовать отдельные серверы и программное обеспечение. Ядро разделено на отдельные процессы, называемые серверами. Здесь одни серверы работают в пространстве пользователя, а другие — в пространстве ядра.

Все серверы хранятся отдельно и работают в разных адресных пространствах.
Обычно вы можете увидеть микроядра в системах реального времени .

Преимущества MicroKernel
1) Его легче поддерживать по сравнению с Monolithic Kernel.
2) Он отказоустойчив (это означает, что если один сервер выходит из строя, другие серверы продолжают работать эффективно).
3) Портативный
4) Небольшой размер
5) Содержит небольшое количество кода. Это повышает их стабильность и безопасность.

гибридное ядро

В этом смешиваются лучшие качества однородного ядра и микроядра.

Такие как скорость, простая конструкция монолитного ядра + модульность и стабильность небольшого ядра.

Он обладает качествами как гомогенного, так и микроядра, но нельзя сказать, что это исключительно специфическое ядро.

Обычно эти ядра можно увидеть на настольных компьютерах, в операционных системах Windows, Mac и Linux .

нано ядро

Этот тип ядра предлагает только аппаратную абстракцию, в нем нет сервисов, а место для ядра минимально. Наноядро — это ядро ​​гипервизора, с помощью которого вы можете моделировать несколько систем посредством виртуализации. Ядра отлично подходят для компактных проектов.

Экзо-ядро

Это ядро ​​самое маленькое. Он обеспечивает только защиту процессов и обработку ресурсов. Программист, который использует это ядро, несет ответственность за правильный доступ к устройству, которое он хочет использовать.

Разница между ядром и операционной системой

ОС — это пакет системного программного обеспечения, а ядро ​​— часть операционной системы, которая управляет всеми процессами и устройствами.

Где операционная система является интерфейсом между пользователем и устройством. Принимая во внимание, что ядро ​​​​является интерфейсом между программным обеспечением и оборудованием.

Ядро помогает программному обеспечению взаимодействовать с другими периферийными устройствами.

Linux — это ядро ​​или операционная система?

Кстати, между ядром и ОС есть разница. Как я уже говорил вам, ядро ​​​​это сердце операционной системы, которое управляет всеми ее основными функциями, а если к этому ядру добавляются некоторые полезные приложения и инструменты, этот полный пакет называется ОС. Является.

Отсюда можно сказать, что в операционной системе помимо пространства пользователя есть пространство ядра.

Это показывает, что Linux является ядром, поскольку оно не содержит никаких других приложений, таких как инструменты файловой системы, оконные системы, графические рабочие столы, команды системного администратора, текстовые редакторы, компиляторы и т. д.

В то же время многие компании добавляют эти типы приложений в ядро ​​Linux и устанавливают свои собственные операционные системы, такие как ubuntu, suse, centOS, redHat и т. д.

Что такое паника ядра?

Поскольку ядро ​​выполняет большинство основных функций компьютера, поэтому в случае сбоя оно повредит весь компьютер. Это нежелательное событие называется « паникой ядра » в системах macOS и Unix.

Это похоже на синий экран смерти в Windows. Чтобы выйти из этой ситуации, вам придется перезагрузить компьютер.

Примечание . Паники ядра часто возникают из-за проблем с подключением оборудования. Итак, если ваш компьютер много раз отображает такие проблемы, как запугивание ядра, вам следует отключить все ненужное оборудование, это может решить вашу проблему.

вывод

Надеюсь , вам понравилась моя статья Что такое ядро ​​(What is a Kernel). Я всегда старался предоставить полную информацию о Kernel своим читателям, чтобы им не приходилось искать контекст этой статьи на других веб-сайтах или в Интернете.

Это также сэкономит их время, и у них также будет вся информация в одном месте. Если у вас есть какие-либо сомнения по поводу этой статьи или вы хотите, чтобы в ней было какое-то улучшение, вы можете написать к ней низкие комментарии.

Если вам понравился этот пост Что такое ядро ​​или вы что-то узнали, поделитесь этим постом в социальных сетях, таких как Facebook, Twitter и т. д.