Ce este un kernel?

Nucleul este partea centrală a unui sistem de operare, elementul care se află între aplicațiile și hardware-ul dvs. Acesta gestionează resursele computerului (procesor, memorie, spațiu de stocare, dispozitive) și oferă software-ului o modalitate sigură și consistentă de a le utiliza. Gândiți-vă la el ca la un polițist rutier și traducător care menține totul în mișcare fără coliziuni.

La un nivel înalt, nucleul:

• Programele funcționează. Decide ce program primește timp CPU și când.
• Gestionează memoria. Păstrează separat datele fiecărei aplicații și alocă memoria RAM în funcție de necesități.
• Gestionează dispozitive și fișiere. Comunică cu driverele pentru GPU, SSD, placa de rețea și sistemele de fișiere.
• Mediere I/O. Citește și scrie fișiere și date de rețea în numele aplicațiilor.
• Asigură siguranța. Separă modul utilizator (aplicații) de modul kernel (nucleul sistemului de operare), astfel încât o aplicație defectuoasă să nu poată bloca întregul sistem.

Nu chiar. „Sistemul de operare” include de obicei kernelul plus instrumentele și serviciile din spațiul utilizatorului (shell-uri, biblioteci, medii desktop, servicii de fundal etc.). În conversațiile de zi cu zi, oamenii confundă termenii, dar, strict vorbind, kernelul este doar nucleul privilegiat pe care se bazează toate celelalte componente.

Când o aplicație trebuie să salveze un fișier sau să trimită un pachet de rețea, aceasta efectuează un apel de sistem, o solicitare controlată care trece din modul utilizator în modul kernel. Kernelul verifică permisiunile, direcționează solicitarea către subsistemul sau driverul corespunzător și returnează rezultatul către aplicație. Această limită protejează aplicațiile unele de altele și de marginile ascuțite ale hardware-ului.

Da. Veți vedea câteva modele generale discutate:

• Nucleele monolitice grupează serviciile de bază și numeroase drivere. (Exemplu: nucleul Linux.)
• Microkernelurile mențin nucleul mic și mută mai multe servicii în afara kernelului pentru izolare.
• Abordările hibride sau modulare combină idei practice, iar sistemele adesea introduc sau elimină componente din nucleu pentru a îmbunătăți performanța sau siguranța.

Toate acestea au același obiectiv: controlul fiabil și rapid al hardware-ului. (XNU de la Apple, de exemplu, combină un microkernel Mach cu un strat BSD; Windows documentează o arhitectură de kernel stratificată.)

Depinde de platforma pe care o utilizați:

• Windows/macOS: Actualizările kernelului sunt incluse în actualizările normale ale sistemului de operare.
• Linux și multe servere/dispozitive: Kernelul este un pachet separat pe care îl puteți actualiza prin intermediul distribuției sau furnizorului. Kernelurile cu suport pe termen lung (LTS) sacrifică noile funcționalități în favoarea stabilității.

Actualizarea aduce suport hardware, îmbunătățiri de performanță și remedieri de securitate, dar pe sistemele de producție veți testa de obicei mai întâi.

Versiune foarte scurtă: firmware-ul/UEFI rulează primul, bootloader-ul încarcă kernel-ul în memorie, kernel-ul inițializează hardware-ul și driverele, montează spațiul de stocare și apoi lansează primul proces din spațiul utilizatorului care pornește restul sistemului. După aceea, programează continuu lucrările și gestionează I/O în fundal.

Absolut. Telefoanele Android, consolele de jocuri, routerele, televizoarele inteligente rulează în mare parte un sistem de operare cu un nucleu în spate. Conceptul nu se aplică doar desktopurilor și laptopurilor.

Dacă ceva nu funcționează corect în kernel (cum ar fi o eroare critică a driverului), sistemul de operare se oprește adesea, în loc să riște coruperea datelor. Sistemele de tip Unix raportează o eroare kernel panic, iar Windows afișează o eroare de oprire (ecranul albastru). Este dramatic, dar este o măsură de siguranță de ultimă instanță care vă protejează fișierele.

• Nucleul este nucleul privilegiat al sistemului de operare care gestionează CPU, memoria, dispozitivele și I/O.
• Aplicațiile interacționează cu acesta prin apeluri de sistem între modul utilizator și modul kernel.
• Diferitele modele de nucleu (monolitic, microkernel, hibrid) echilibrează performanța, izolarea și mentenanța.

• Spațiu utilizator / Spațiu kernel: Regiuni în care rulează aplicațiile normale față de kernel.
• Apel de sistem (syscall): Punctul de intrare controlat din aplicații către serviciile kernelului.
• Driver: Componentă a nucleului sau a spațiului utilizatorului care știe cum să opereze un dispozitiv specific.
• Scheduler: Componentă a nucleului care decide care thread va rula următorul.
• Memorie virtuală: caracteristică a nucleului care oferă fiecărui proces propriul spațiu de adrese.
• Bootloader: Program care încarcă kernelul în memorie la pornire.
• Panică kernel / eroare de oprire: O eroare fatală în modul kernel care oprește sistemul pentru a preveni deteriorarea.