Ядро це центральний компонент операційної системи, який керує роботою комп’ютера та обладнання. Він в основному керує операціями пам'яті та процесорного часу. Це основний компонент операційної системи. Ядро діє як міст між програмами та обробкою даних, що виконується на апаратному рівні за допомогою міжпроцесного зв’язку та системних викликів.
Ядро спочатку завантажується в пам'ять, коли завантажується операційна система, і залишається в пам'яті, доки операційна система знову не вимкнеться. Він відповідає за різні завдання, такі як керування дисками, керування завданнями та керування пам’яттю.
У ядра є таблиця процесів, яка відстежує всі активні процеси
• Таблиця процесів містить таблицю регіонів для кожного процесу, вхід якої вказує на записи в таблиці регіонів.
Ядро завантажує виконуваний файл у пам’ять під час системного виклику «exec».
Він вирішує, який процес має бути призначений процесору для виконання, а який процес має зберігатися в основній пам’яті для виконання. Він в основному діє як інтерфейс між програмами користувача та обладнанням. Основною метою ядра є керування зв’язком між програмним забезпеченням, тобто програмами на рівні користувача, та апаратним забезпеченням, тобто центральним процесором і дисковою пам’яттю.
Цілі ядра:
- Для встановлення зв’язку між програмою на рівні користувача та обладнанням.
- Для визначення стану вхідних процесів.
- Для керування керуванням дисками.
- Щоб контролювати управління пам'яттю.
- Контролювати управління завданнями.
Типи ядра:
1. Монолітне ядро –
Це один із типів ядра, де всі служби операційної системи працюють у просторі ядра. Він має залежності між компонентами системи. Він має величезні рядки коду, який є складним.
приклад:
Unix, Linux, Open VMS, XTS-400 etc.>
Перевага:
1. Ефективність: Монолітні ядра, як правило, швидше, ніж інші типи ядер, оскільки їм не потрібно перемикатися між режимами користувача та режимами ядра для кожного системного виклику, що може спричинити накладні витрати.
2. Тісна інтеграція: Оскільки всі служби операційної системи працюють у просторі ядра, вони можуть ефективніше спілкуватися одна з одною, полегшуючи реалізацію складних функцій і оптимізацію.
3. Простота: Монолітні ядра простіше проектувати, впроваджувати та налагоджувати, ніж інші типи ядер, оскільки вони мають уніфіковану структуру, яка полегшує керування кодом.
4. Менша затримка: Монолітні ядра мають нижчу затримку, ніж інші типи ядер, оскільки системні виклики та переривання можуть оброблятися безпосередньо ядром.
Недолік:
1. Проблеми стабільності: Монолітні ядра можуть бути менш стабільними, ніж інші типи ядер, оскільки будь-яка помилка або вразливість у системі безпеки може вплинути на всю систему.
2. Вразливості системи безпеки: Оскільки всі служби операційної системи працюють у просторі ядра, будь-яка вразливість безпеки в одній із служб може поставити під загрозу всю систему.
3. Труднощі з обслуговуванням: Монолітні ядра може бути складніше підтримувати, ніж інші типи ядер, оскільки будь-яка зміна в одній із служб може вплинути на всю систему.
4. Обмежена модульність: Монолітні ядра менш модульні, ніж інші типи ядер, оскільки всі служби операційної системи тісно інтегровані в простір ядра. Це ускладнює додавання або видалення функцій без впливу на всю систему.
2. Мікро ядро –
Саме типи ядра мають мінімалістичний підхід. Він має віртуальну пам'ять і планування потоків. Він більш стабільний з меншою кількістю служб у просторі ядра. Це відпочиває в просторі користувача.
Використовується в малих ОС.
приклад:
список як масив
Mach, L4, AmigaOS, Minix, K42 etc.>
Переваги:
1. Надійність: Архітектура мікроядра розроблена так, щоб бути надійнішою, ніж монолітні ядра. Оскільки більшість служб операційної системи працюють поза межами ядра, будь-яка помилка чи вразливість у системі безпеки не вплине на всю систему.
2. Гнучкість : Архітектура мікроядра більш гнучка, ніж монолітні ядра, оскільки дозволяє додавати або видаляти різні служби операційної системи, не впливаючи на всю систему.
3. Модульність: Архітектура мікроядра більш модульна, ніж монолітні ядра, оскільки кожна служба операційної системи працює незалежно від інших. Це полегшує обслуговування та налагодження системи.
4. Портативність: Архітектура мікроядра більш портативна, ніж монолітні ядра, оскільки більшість служб операційної системи працюють поза простором ядра. Це полегшує перенесення операційної системи на різні апаратні архітектури.
Недоліки:
1. Продуктивність: Архітектура мікроядра може бути повільнішою, ніж монолітні ядра, оскільки вимагає більше контекстних перемикань між простором користувача та простором ядра.
2. Складність: Архітектура мікроядра може бути складнішою, ніж монолітні ядра, оскільки вимагає більше механізмів зв’язку та синхронізації між різними службами операційної системи.
3. Складність розвитку: Розробка операційних систем на основі мікроядерної архітектури може бути складнішою, ніж розробка монолітних ядер, оскільки вимагає більшої уваги до деталей у розробці зв’язку та механізмів синхронізації між різними службами.
4. Більше використання ресурсів: Мікроядерна архітектура може використовувати більше системних ресурсів, таких як пам’ять і ЦП, ніж монолітні ядра, оскільки вимагає більше механізмів зв’язку та синхронізації між різними службами операційної системи.
3. Гібридне ядро –
Це комбінація як монолітного ядра, так і мікроядра. Він має швидкість і дизайн монолітного ядра, а також модульність і стабільність мікроядра.
приклад:
Windows NT, Netware, BeOS etc.>
Переваги:
1. Продуктивність: Гібридні ядра можуть запропонувати кращу продуктивність, ніж мікроядра, оскільки вони зменшують кількість контекстних перемикань, необхідних між простором користувача та простором ядра.
2. Надійність: Гібридні ядра можуть запропонувати кращу надійність, ніж монолітні ядра, оскільки вони ізолюють драйвери та інші компоненти ядра в окремих доменах захисту.
3. Гнучкість: Гібридні ядра можуть запропонувати кращу гнучкість, ніж монолітні ядра, оскільки вони дозволяють додавати або видаляти різні служби операційної системи, не впливаючи на всю систему.
4. Сумісність: Гібридні ядра можуть бути більш сумісними, ніж мікроядра, оскільки вони можуть підтримувати більший діапазон драйверів пристроїв.
1 до 100 римських №
Недоліки:
1. Складність: Гібридні ядра можуть бути складнішими, ніж монолітні, оскільки вони включають як монолітні, так і мікроядерні компоненти, що може ускладнити проектування та впровадження.
2. Безпека: Гібридні ядра можуть бути менш безпечними, ніж мікроядра, оскільки вони мають більшу поверхню атаки через включення монолітних компонентів.
3. Технічне обслуговування: Гібридні ядра можуть бути складнішими в обслуговуванні, ніж мікроядра, оскільки вони мають складніший дизайн і реалізацію.
4. Використання ресурсів: Гібридні ядра можуть використовувати більше системних ресурсів, ніж мікроядра, оскільки вони включають як монолітні, так і мікроядерні компоненти.
4. Exo Kernel –
Це тип ядра, який дотримується наскрізного принципу. Він має найменшу кількість апаратних абстракцій. Він розподіляє фізичні ресурси для програм.
приклад:
Nemesis, ExOS etc.>
Переваги:
1. Гнучкість: Exokernels пропонують найвищий рівень гнучкості, дозволяючи розробникам налаштовувати та оптимізувати операційну систему для своїх конкретних потреб додатків.
2. Продуктивність: Екзоядра створені для забезпечення кращої продуктивності, ніж традиційні ядра, оскільки вони усувають непотрібні абстракції та дозволяють програмам отримувати прямий доступ до апаратних ресурсів.
3. Безпека: Екзоядра забезпечують кращу безпеку, ніж традиційні ядра, оскільки вони дозволяють точно контролювати розподіл системних ресурсів, таких як пам’ять і час ЦП.
4. Модульність: Екзоядра дуже модульні, що дозволяє легко додавати або видаляти служби операційної системи.
Недоліки:
1. Складність: Екзоядра можуть бути складнішими для розробки, ніж традиційні ядра, оскільки вони вимагають більшої уваги до деталей і ретельного розгляду розподілу системних ресурсів.
2. Складність розвитку: Розробка програм для екзоядер може бути складнішою, ніж для традиційних ядер, тому що програми повинні бути написані для прямого доступу до апаратних ресурсів.
3. Обмежена підтримка: Екзоядра все ще є технологією, що розвивається, і можуть не мати такого рівня підтримки та ресурсів, як традиційні ядра.
4. Складність налагодження: Налагодження програм і служб операційної системи на екзоядрах може бути складнішим, ніж на традиційних ядрах, через прямий доступ до апаратних ресурсів.
5. Нано ядро –
Це тип ядра, який пропонує апаратну абстракцію, але без системних служб. Micro Kernel також не має системних служб, тому Micro Kernel і Nano Kernel стали аналогами.
приклад:
EROS etc.>
Переваги:
1. Невеликий розмір: Наноядра розроблені таким чином, щоб бути надзвичайно малими, забезпечуючи лише найважливіші функції, необхідні для роботи системи. Це може зробити їх більш ефективними та швидшими, ніж інші типи ядер.
2. Висока модульність: Наноядра дуже модульні, що дозволяє легко додавати або видаляти служби операційної системи, що робить їх більш гнучкими та настроюваними, ніж традиційні монолітні ядра.
3. Безпека: Наноядра забезпечують кращу безпеку, ніж традиційні ядра, оскільки вони мають меншу поверхню атаки та знижений ризик помилок або помилок у коді.
java випадкова математика випадкова
4. Портативність: Наноядра розроблені таким чином, щоб бути дуже портативними, що дозволяє їм працювати на широкому діапазоні апаратних архітектур.
Недоліки:
1. Обмежена функціональність: Наноядра забезпечують лише найважливіші функції, що робить їх непридатними для більш складних додатків, які потребують ширшого спектру послуг.
2. Складність: Оскільки наноядра забезпечують лише основні функції, вони можуть бути складнішими для розробки та підтримки, ніж інші типи ядер.
3. Продуктивність: Хоча наноядра створені для ефективності, їх мінімалістичний підхід може не забезпечити такий самий рівень продуктивності, як інші типи ядер у певних ситуаціях.
4. Сумісність: Через мінімалістичний дизайн наноядра можуть бути несумісними з усіма апаратними та програмними конфігураціями, що обмежує їх практичне використання в певних контекстах.