En informàtica, El nucli és un programa informàtic que és el nucli o cor d'un sistema operatiu. Abans de parlar del nucli en detall, primer entenem el seu bàsic, és a dir, el sistema operatiu en un ordinador.
Sistema operatiu
Un sistema operatiu o sistema operatiu és un programari del sistema que funciona com a interfície entre els components del maquinari i l'usuari final. Permet executar altres programes. Cada sistema informàtic, ja sigui d'escriptori, portàtil, tauleta o telèfon intel·ligent, tots han de tenir un sistema operatiu per proporcionar funcionalitats bàsiques per al dispositiu. Alguns sistemes operatius molt utilitzats són Windows , Linux , MacOS, Android, iOS, etc.
Què és el nucli al sistema operatiu?
- Com s'ha comentat anteriorment, el nucli és la part central d'un sistema operatiu (sistema operatiu); per tant, té un control total sobre tot el sistema. Cada operació de maquinari i programari és gestionada i administrada pel nucli.
- Actua com a pont entre les aplicacions i el processament de dades fet a nivell de maquinari. És el component central d'un sistema operatiu.
- És la part del sistema operatiu que sempre resideix a la memòria de l'ordinador i permet la comunicació entre els components del programari i el maquinari.
- És el programa informàtic que es va carregar per primera vegada a l'inici del sistema (després del carregador d'arrencada). Un cop carregat, gestiona la resta d'engegada. També gestiona la memòria, els perifèrics i les sol·licituds d'E/S del programari. A més, tradueix totes les sol·licituds d'E/S en instruccions de processament de dades per a la CPU. Gestiona altres tasques també com aquestes com a gestió de memòria, gestió de tasques i gestió de discs .
- Un nucli es manté i normalment es carrega en un espai de memòria separat, conegut com espai protegit del nucli. Està protegit de l'accés a programes d'aplicació o parts menys importants del sistema operatiu.
- Altres programes d'aplicació com ara el navegador, el processador de textos, el reproductor d'àudio i vídeo utilitzen un espai de memòria separat conegut com a espai d'usuari.
- A causa d'aquests dos espais separats, les dades de l'usuari i les del nucli no interfereixen entre si i no causen cap inestabilitat i lentitud.
Funcions d'un nucli
Un nucli d'un sistema operatiu és responsable de realitzar diverses funcions i té control sobre el sistema. Algunes responsabilitats principals del nucli es donen a continuació:
Per realitzar diverses accions, els processos requereixen l'accés a dispositius perifèrics com ara un ratolí, un teclat, etc., que estan connectats a l'ordinador. Un nucli és responsable de controlar aquests dispositius mitjançant controladors de dispositiu. Aquí, a controlador del dispositiu és un programa informàtic que ajuda o permet que el sistema operatiu es comuniqui amb qualsevol dispositiu de maquinari.
Un nucli manté una llista de tots els dispositius disponibles, i és possible que aquesta llista ja sigui coneguda, configurada per l'usuari o detectada pel sistema operatiu en temps d'execució.
El nucli té el control total per accedir a la memòria de l'ordinador. Cada procés requereix una mica de memòria per funcionar, i el nucli permet als processos accedir a la memòria de manera segura. Per assignar la memòria, el primer pas es coneix com adreçament virtual, que es fa mitjançant paginació o segmentació. Adreçament virtual és un procés de proporcionar espais d'adreces virtuals als processos. Això evita que l'aplicació xoqui entre elles.
Una de les funcionalitats importants del nucli és compartir els recursos entre diversos processos. Ha de compartir els recursos de manera que cada procés accedeixi uniformement al recurs.
El nucli també proporciona una manera de sincronitzar i Comunicació entre processos (IPC). És responsable del canvi de context entre processos.
Un nucli s'encarrega d'accedir als recursos informàtics com ara la memòria RAM i els dispositius d'E/S. RAM o memòria d'accés aleatori s'utilitza per contenir tant dades com instruccions. Cada programa necessita accedir a la memòria per executar-se i, sobretot, vol més memòria de la disponible. En aquest cas, el nucli juga el seu paper i decideix quina memòria utilitzarà cada procés i què fer si la memòria necessària no està disponible.
El nucli també assigna la sol·licitud de les aplicacions per utilitzar dispositius d'E/S com ara teclats, micròfons, impressores, etc.
Tipus de nucli
Hi ha principalment cinc tipus de nucli, que es donen a continuació:
1. Nuclis monolítics
En un nucli monolític, el el mateix espai de memòria s'utilitza per implementar serveis d'usuari i serveis del nucli.
Vol dir, en aquest tipus de nucli, no hi ha una memòria diferent utilitzada per als serveis d'usuari i els serveis del nucli.
Com que utilitza el mateix espai de memòria, la mida del nucli augmenta, augmentant la mida global del sistema operatiu.
L'execució dels processos també és més ràpida que altres tipus de nucli, ja que no utilitza espais separats d'usuari i nucli.
Exemples dels nuclis monolítics són Unix, Linux, Open VMS, XTS-400, etc.
Avantatges:
llavors vs espores
- L'execució dels processos també és més ràpida, ja que no hi ha espai d'usuari i espai del nucli separats i hi ha menys programari implicat.
- Com que és un sol programari, per tant, tant les fonts com les formes compilades són més petites.
Desavantatges:
- Si algun servei genera algun error, pot fallar tot el sistema.
- Aquests nuclis no són portàtils, és a dir, per a cada nova arquitectura, s'han de reescriure.
- Gran mida i, per tant, és difícil de gestionar.
- Per afegir un servei nou, cal modificar el sistema operatiu complet.
2. Microkernel
També es coneix com a micronucli MK , i és diferent d'un nucli tradicional o un nucli monolític. En aquest, Els serveis d'usuari i els serveis del nucli s'implementen en dos espais d'adreces diferents: espai d'usuari i espai del nucli . Com que utilitza diferents espais per als dos serveis, per tant, la mida del micronucli es redueix, i això també redueix la mida del sistema operatiu.
Els micronuclis són més fàcils de gestionar i mantenir en comparació amb els nuclis monolítics. Tot i així, si hi haurà un nombre més gran de trucades al sistema i canvis de context, podria reduir el rendiment del sistema fent-lo lent.
Aquests nuclis utilitzen un sistema de pas de missatges per gestionar la sol·licitud d'un servidor a un altre.
Els micronuclis només proporcionen alguns serveis essencials, com ara la definició d'espais d'adreces de memòria, IPC (comunicació entre processos) i la gestió de processos. Altres serveis, com ara les xarxes, no els proporciona Kernel i els gestiona un programa d'espai d'usuari conegut com servidors .
Un dels principals desavantatges dels nuclis monolítics és que un error al nucli pot bloquejar tot el sistema, es pot eliminar al micronucli. Igual que en un micronucli, si un procés del nucli falla, encara es pot evitar el bloqueig de tot el sistema reiniciant els serveis causats per errors.
Exemples de Microkernel són L4, AmigaOS, Minix, K42 , etc.
Avantatges
- Els micronuclis es poden gestionar fàcilment.
- Un nou servei es pot afegir fàcilment sense modificar tot el sistema operatiu.
- En un micronucli, si un procés del nucli falla, encara és possible evitar que tot el sistema es col·loqui.
Desavantatges
- Hi ha més requisits de programari per a la interfície, la qual cosa redueix el rendiment del sistema.
- La gestió del procés és molt complicada.
- Els errors de missatgeria són difícils de solucionar.
3. Nucli híbrid
Els nuclis híbrids també es coneixen com nuclis modulars , i és la combinació de monolítics i micronuclis. Aprofita la velocitat dels nuclis monolítics i la modularitat dels micronuclis.
Un nucli híbrid es pot entendre com la versió estesa d'un micronucli amb propietats addicionals d'un nucli monolític. Aquests nuclis s'utilitzen àmpliament en sistemes operatius comercials, com ara diferents versions de MS Windows.
És molt semblant a un micronucli, però també inclou algun codi addicional a l'espai del nucli per millorar el rendiment del sistema.
Els nuclis híbrids permeten executar alguns serveis com ara pila de xarxa a l'espai del nucli per reduir el rendiment en comparació amb un micronucli tradicional, però encara permet executar codi del nucli (com ara controladors de dispositiu) com a servidors a l'espai d'usuari.
Exemples de nucli híbrid són Windows NT, Netware, BeOS, etc.
Avantatges:
- No hi ha cap requisit per a un reinici per a la prova.
- La tecnologia de tercers es pot integrar ràpidament.
Desavantatges:
- Hi ha la possibilitat de més errors amb més interfícies per passar.
- Pot ser una tasca confusa mantenir els mòduls per a alguns administradors, especialment quan es tracten problemes com les diferències de símbols.
4. Nanonucli
Com el seu nom indica, a Nanokernel, el codi complet del nucli és molt petit, el que significa que el codi que s'executa en el mode privilegiat del maquinari és molt petit . Aquí el terme nano defineix un nucli que admet una resolució de rellotge de nanosegons.
Exemples de Nanokernel són EROS, etc.
Avantatges
configurar java
- Proporciona abstraccions de maquinari fins i tot amb una mida molt petita.
Desavantatges
- Nanokernel no té serveis del sistema.
5. Exokernel
Exokernel encara s'està desenvolupant i és l'enfocament experimental per dissenyar SO.
Aquest tipus de nucli és diferent d'altres nuclis com en aquest; la protecció dels recursos es manté separada de la gestió, la qual cosa ens permet realitzar una personalització específica de l'aplicació.
Avantatges:
- El sistema basat en exokernel pot incorporar múltiples sistemes operatius de biblioteques. Cada biblioteca exporta una API diferent, com ara una es pot utilitzar per al desenvolupament d'interfície d'usuari d'alt nivell i l'altra es pot utilitzar per al control en temps real .
Desavantatges:
- El disseny de l'exokernel és molt complex.
Què és Kernel Panics?
Com ja hem comentat, aquest nucli controla tot el sistema informàtic; per tant, si es bloqueja, pot eliminar tot el sistema. A MacOS i Linux, aquest esdeveniment indesitjable es coneix com ' Pànic del nucli. Per recuperar-nos del kernel Panic, hem de reiniciar el sistema.
Normalment, aquests pànics del nucli són causats per problemes de comunicació de maquinari. Per tant, si es produeixen pànics repetits del nucli, intenteu desconnectar els dispositius menys necessaris o innecessaris i comproveu si el problema s'ha resolt o no.