מה זה קרנל במערכת הפעלה? מהם סוגי הגרעין?

ליבה היא הרכיב המרכזי של מערכת הפעלה (OS). היא אחראית על ניהול משאבי המערכת ועל מתן שירותים לתוכניות משתמש. ישנם שני סוגים של קרנל: מונוליטי ומיקרו-קרנל. ליבה מונוליטית היא קובץ הפעלה יחיד וגדול המכיל את כל הקוד של מערכת ההפעלה. גרעינים מונוליטיים הם בדרך כלל מהירים ויעילים יותר ממיקרו-גרעינים, אך הם גם קשים יותר לתכנון ולניפוי באגים. מיקרו-קרנל הוא ליבה קטנה ומודולרית המכילה רק את הקוד הדרוש לפונקציונליות בסיסית של המערכת. מיקרו-קרנלים הם בדרך כלל גמישים יותר וקלים יותר לעיצוב וניפוי באגים מאשר גרעינים מונוליטיים, אבל הם יכולים להיות איטיים יותר ופחות יעילים.

לכל מערכת הפעלה, בין אם זה Windows, Mac, Linux או Android, יש תוכנית בסיסית שנקראת הליבה שמתפקד כ'בוס' של המערכת כולה. זה הלב של מערכת ההפעלה! הקרנל אינו אלא תוכנת מחשב השולטת בכל השאר. כל מה שקורה במחשב עובר דרכו. בפוסט זה, נדון מהו קרנל במערכת ההפעלה וסוגים שונים של גרעינים.

מהו קרנל במערכת ההפעלה

עכשיו כשאנחנו יודעים שזו התוכנה הראשית במערכת ההפעלה, עלינו לדעת גם שזו התוכנה הראשונה שנטענת לאחר מאתחול האתחול. לאחר מכן הוא מבצע את כל המשא ומתן בין חומרה לתוכנה או יישומים. אז אם אתה מפעיל תוכנית, ממשק המשתמש שולח בקשה לקרנל. לאחר מכן, הליבה שולחת בקשה למעבד, לזיכרון כדי להקצות כוח עיבוד, זיכרון ודברים אחרים כך שהאפליקציה תוכל לפעול בצורה חלקה בחזית הקצה.

אתה יכול לחשוב על הקרנל כעל מתרגם. הוא מתרגם בקשות קלט/פלט מתוכנה למערכת של הוראות עבור המעבד וה-GPU. במילים פשוטות, השכבה בין תוכנה לחומרה היא שמאפשרת הכל. הקרנל מנהל את הדברים הבאים:

1. מעבד / GPU
2. זיכרון
3. התקני I/O או I/O
4. ניהול משאבים
5. ניהול זיכרון
6. ניהול מכשירים
7. שיחות מערכת.

תהליכי משתמש יכולים לגשת למרחב הקרנל רק באמצעות קריאות מערכת. אם התוכנית תנסה לגשת ישירות, זה יגרום לשגיאה.

שרת ה- imap שלך רוצה להתריע בפניך על הדברים הבאים: אנא היכנס באמצעות דפדפן האינטרנט שלך

אבטחה והגנה של ליבה

הקרנל גם מגן על החומרה. אם אין הגנה, כל תוכנה תוכל לבצע כל משימה במחשב, כולל קריסת המחשב, השחתת נתונים וכו'.

במחשבים מודרניים, אבטחה מיושמת ברמת החומרה. לדוגמה, Windows לא יטען מנהלי התקנים שאינם ממקור מהימן ומאושרים בחתימה. אתחול מאובטח ואתחול מהימן הן דוגמאות קלאסיות.

דוגמה להתקפה מאחור

הפעלה בטוחה: זהו תקן אבטחה שפותח על ידי תעשיית המחשבים האישיים. זה עוזר להגן על המערכת שלך מפני תוכנות זדוניות על ידי מניעת הפעלת יישומים לא מורשים במהלך אתחול המערכת. תכונה זו מבטיחה שהמחשב שלך מאתחל רק באמצעות תוכנה שאמינה על ידי יצרן המחשב. לפיכך, בכל פעם שהמחשב שלך מופעל, הקושחה מאמתת את החתימה של כל פיסת תוכנת אתחול, כולל מנהלי התקנים לקושחה (אפשרויות ROM) ומערכת ההפעלה. אם החתימות מאומתות, המחשב מאתחל והקושחה מעבירה את השליטה למערכת ההפעלה.

אתחול מהימן: הוא משתמש בווירטואלי מודול פלטפורמה מהימנה (VTPM) כדי לאמת את החתימה הדיגיטלית של ליבת Windows 10 לפני אתחולה. בתורו, הוא מאשר את כל הרכיבים האחרים של תהליך האתחול של Windows, כולל מנהלי התקנים לאתחול, קבצי אתחול ו-ELAM. אם הקובץ השתנה או השתנה בדרך כלשהי, הטוען מזהה אותו ומסרב לטעון, מזהה אותו כרכיב פגום. בקיצור, זה מספק שרשרת של אמון לכל האלמנטים בזמן הטעינה.

מהם סוגי הקרנל

הליבה יכולה גם לתקשר עם חומרה דרך קו מאובטח. בדרך זו, חברות יכולות לפתח ליבה שיכולה ליצור אינטראקציה עם החומרה שלהן באמצעות סט של כפתורים. קח, למשל, מכונת כביסה. תלוי באילו כפתורים אתה מזיז ובזמן שנקבע - רמת גרעין בסיסית צריכה להספיק. עם זאת, הגרעינים עצמם הופכים מורכבים יותר עם הזמן, וכתוצאה מכך נוצרים סוגי גרעין.

1. ליבה מונוליתית: כאן, גם מערכת ההפעלה וגם הקרנל פועלות באותו שטח זיכרון ומתאימות במקום שבו האבטחה לא ממש משנה. זה מביא לגישה מהירה יותר, אבל אם יש באג במנהל ההתקן, כל המערכת קורסת.
2. מיקרו-גרעין: זוהי גרסה מופשטת של ה-Monolitic Kernel שבה הקרנל עצמו יכול לעשות את רוב העבודה ואין צורך ב-GUI נוסף. יש להשתמש בהם כאשר אבטחה וכשל במערכת אינם קיימים או לא יתרחשו.
3. ליבה היברידית: הליבה הזו היא מה שאנחנו רואים הכי הרבה. Windows, macOS מאפל. הם תערובת של גרעין מונוליטי ומיקרו-קרנל. זה מסיר מנהלי התקנים אבל שומר את שירותי המערכת בתוך הקרנל - בדומה לאופן שבו מנהלי התקנים נטענים מתי Windows מתחיל את תהליך האתחול .
4. ננו ליבה: אם אתה צריך קרנל, אבל רוב התכונות שלו ניתנות להגדרה חיצונית, אז זה הופך להיות ברור.
5. Core Exo: ליבה זו מציעה רק הגנה על תהליך וטיפול במשאבים. עם זאת, הוא משמש בעיקר כאשר אתה בודק פרויקט משלך ועובר לסוג ליבה טוב יותר.

הליבה היא הרבה יותר ממה שדיברנו עליו. ככל שאתה חופר לעומק, ההגדרה של גרעין נעשית רחבה יותר ויותר.

אנו מקווים שהפוסט הזה היה קל להבנה ויעזור לך להבין את היסודות.