Cos'è un kernel in un sistema operativo? Quali sono i tipi di kernel?

Un kernel è il componente centrale di un sistema operativo (OS). È responsabile della gestione delle risorse del sistema e della fornitura di servizi ai programmi utente. Esistono due tipi di kernel: monolitico e microkernel. Un kernel monolitico è un singolo, grande file eseguibile che contiene tutto il codice per il sistema operativo. I kernel monolitici sono in genere più veloci ed efficienti dei microkernel, ma sono anche più difficili da progettare ed eseguire il debug. Un microkernel è un piccolo kernel modulare che contiene solo il codice necessario per le funzionalità di base del sistema. I microkernel sono in genere più flessibili e più facili da progettare ed eseguire il debug rispetto ai kernel monolitici, ma possono essere più lenti e meno efficienti.

Ogni sistema operativo, sia esso Windows, Mac, Linux o Android, ha un programma di base chiamato Nucleo che funge da 'capo' per l'intero sistema. Questo è il cuore del sistema operativo! Il kernel non è altro che un programma per computer che controlla tutto il resto. Tutto ciò che accade sul computer lo attraversa. In questo post, discuteremo cos'è un kernel nel sistema operativo e diversi tipi di kernel.

Cos'è un kernel nel sistema operativo

Ora che sappiamo che questo è il programma principale del sistema operativo, dovremmo anche sapere che questo è il primo programma che viene caricato dopo il bootloader. Quindi esegue tutte le negoziazioni tra hardware e software o applicazioni. Quindi, se esegui un programma, l'interfaccia utente invia una richiesta al kernel. Il kernel quindi invia una richiesta alla CPU, alla memoria per assegnare potenza di elaborazione, memoria e altre cose in modo che l'applicazione possa funzionare senza problemi sul front-end.

Puoi pensare al kernel come a un traduttore. Traduce le richieste di I/O dal software in una serie di istruzioni per CPU e GPU. In poche parole, è lo strato tra software e hardware che rende tutto possibile. Il kernel gestisce quanto segue:

1. CPU/GPU
2. Memoria
3. I/O o dispositivi I/O
4. Gestione delle risorse
5. Gestione della memoria
6. Gestione dei dispositivi
7. chiamate di sistema.

I processi utente possono accedere solo allo spazio del kernel utilizzando le chiamate di sistema. Se il programma tenta di accedere direttamente, si verificherà un errore.

Outlook deve essere in linea o connesso per completare questa azione

Sicurezza e protezione del kernel

Il kernel protegge anche l'hardware. Se non c'è protezione, qualsiasi programma sarà in grado di eseguire qualsiasi attività sul computer, incluso l'arresto anomalo del computer, il danneggiamento dei dati, ecc.

Nei computer moderni, la sicurezza è implementata a livello hardware. Ad esempio, Windows non caricherà driver che non provengono da una fonte attendibile e certificati con una firma. Avvio protetto e avvio affidabile sono esempi classici.

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Avvio sicuro: Questo è uno standard di sicurezza sviluppato dall'industria dei PC. Aiuta a proteggere il sistema dal malware impedendo l'esecuzione di applicazioni non autorizzate durante l'avvio del sistema. Questa funzione garantisce che il computer si avvii solo utilizzando software considerato attendibile dal produttore del PC. Pertanto, all'avvio del computer, il firmware verifica la firma di ogni parte del software di avvio, inclusi i driver del firmware (ROM opzionali) e il sistema operativo. Se le firme vengono verificate, il computer si avvia e il firmware passa il controllo al sistema operativo.

Avvio attendibile: Usa virtuale Modulo piattaforma attendibile (VTPM) per verificare la firma digitale del kernel di Windows 10 prima di avviarlo. A sua volta, conferma tutti gli altri componenti del processo di avvio di Windows, inclusi driver di avvio, file di avvio ed ELAM. Se il file è stato alterato o modificato in qualsiasi modo, il caricatore lo rileva e si rifiuta di caricarlo, riconoscendolo come un componente danneggiato. In breve, fornisce una catena di fiducia per tutti gli elementi al momento del caricamento.

Quali sono i tipi di kernel

Il core può anche comunicare con l'hardware su una linea sicura. In questo modo, le aziende possono sviluppare un kernel in grado di interagire con il proprio hardware utilizzando una serie di pulsanti. Prendi, ad esempio, una lavatrice. A seconda di quali manopole stai muovendo e del tempo impostato, un livello base del kernel dovrebbe essere sufficiente. Tuttavia, i kernel stessi diventano più complessi nel tempo, risultando in tipi di kernel.

1. Nucleo monolitico: Qui, sia il sistema operativo che il kernel vengono eseguiti nello stesso spazio di memoria e sono adatti dove la sicurezza non ha molta importanza. Ciò si traduce in un accesso più rapido, ma se c'è un bug nel driver del dispositivo, l'intero sistema va in crash.
2. Micronucleo: Questa è una versione ridotta del kernel monolitico in cui il kernel stesso può svolgere la maggior parte del lavoro e non è necessaria una GUI aggiuntiva. Dovrebbero essere utilizzati dove la sicurezza e l'errore di sistema non sono presenti o non si verificheranno.
3. Nucleo ibrido: Questo nucleo è ciò che vediamo di più. Windows, macOS di Apple. Sono una miscela di un kernel monolitico e un microkernel. Rimuove i driver ma mantiene i servizi di sistema all'interno del kernel, in modo simile a come vengono caricati i driver quando Windows avvia il processo di avvio .
4. Nano-Core: Se hai bisogno di avere un kernel, ma la maggior parte delle sue funzionalità sono configurabili esternamente, questo diventa ovvio.
5. Nucleo Exo: Questo kernel offre solo la protezione dei processi e la gestione delle risorse. Tuttavia, viene utilizzato principalmente quando si testa il proprio progetto e si passa a un tipo di kernel migliore.

Il nucleo è molto più di quello di cui abbiamo parlato. Man mano che scavi più a fondo, la definizione di kernel diventa sempre più ampia.

Speriamo che questo post sia stato facile da capire e ti aiuti a capire le basi.