Для чего linux нужен ядро

Что такое ядро Linux

Ядро Linux содержит более 13 миллионов строк кода и является одним из самых крупных проектов с открытым исходным кодом в мире. Так что такое ядро Linux и для чего оно используется?

Что такое ядро Linux?

Ядро — это самый низкий уровень программного обеспечения, которое взаимодействует с аппаратными средствами компьютера. Оно отвечает за взаимодействие всех приложений, работающих в пространстве пользователя вплоть до физического оборудования. Также позволяет процессам, известным как сервисы получать информацию друг от друга с помощью системы IPC.

Виды и версии ядра

Что такое ядро Linux вы уже знаете, но какие вообще бывают виды ядер? Есть различные способы и архитектурные соображения при создании ядер с нуля. Большинство ядер могут быть одного из трех типов: монолитное ядро, микроядро, и гибрид. Ядро Linux представляет собой монолитное ядро, в то время как ядра Windows и OS X гибридные. Давайте сделаем обзор этих трех видов ядер.

Микроядро

Микроядра реализуют подход, в котором они управляют только тем, чем должны: процессором, памятью и IPC. Практически все остальное в компьютере рассматривается как аксессуары и обрабатывается в режиме пользователя. Микроядра имеют преимущество в переносимости, они могут использоваться на другом оборудовании, и даже другой операционной системе, до тех пор, пока ОС пытается получить доступ к аппаратному обеспечению совместимым образом.

Микроядра также имеют очень маленький размер и более безопасны, поскольку большинство процессов выполняются в режиме пользователя с минимальными привилегиями.

Плюсы

• Портативность
• Небольшой размер
• Низкое потребление памяти
• Безопасность

Минусы

• Аппаратные средства доступны через драйверы
• Аппаратные средства работают медленнее потому что драйверы работают в пользовательском режиме
• Процессы должны ждать свою очередь чтобы получить информацию
• Процессы не могут получить доступ к другим процессам не ожидая

Монолитное ядро

Монолитные ядра противоположны микроядрам, потому что они охватывают не только процессор, память и IPC, но и включают в себя такие вещи, как драйверы устройств, управление файловой системой, систему ввода-вывода. Монолитные ядра дают лучший доступ к оборудованию и реализуют лучшую многозадачность, потому что если программе нужно получить информацию из памяти или другого процесса, ей не придется ждать в очереди. Но это и может вызвать некоторые проблемы, потому что много вещей выполняются в режиме суперпользователя. И это может принести вред системе при неправильном поведении.

Плюсы:

• Более прямой доступ к аппаратным средствам
• Проще обмен данными между процессами
• Процессы реагируют быстрее

Минусы:

• Большой размер
• Занимает много оперативной памяти
• Менее безопасно

Гибридное ядро

Гибридные ядра могут выбирать с чем нужно работать в пользовательском режиме, а что в пространстве ядра. Часто драйвера устройств и файловых систем находятся в пользовательском пространстве, а IPC и системные вызовы в пространстве ядра. Это решение берет все лучшее из обоих предыдущих, но требует больше работы от производителей оборудования. Поскольку вся ответственность за драйвера теперь лежит на них.

Плюсы

• Возможность выбора того что будет работать в пространстве ядра и пользователя
• Меньше по размеру чем монолитное ядро
• Более гибкое

Минусы

• Может работать медленнее
• Драйверы устройств выпускаются производителями

Где хранятся файлы ядра?

Где находится ядро Linux? Файлы ядра Ubuntu или любого другого Linux-дистрибутива находятся в папке /boot и называются vmlinuz-версия. Название vmlinuz походит с эпохи Unix. В шестидесятых годах ядра привыкли называть просто Unix, в 90-х годах Linux ядра тоже назывались — Linux.

Когда для облегчения многозадачности была разработана виртуальная память, перед именем файла появились буквы vm, чтобы показать что ядро поддерживает эту технологию. Некоторое время ядро называлось vmlinux, но потом образ перестал помещаться в память начальной загрузки, и был сжат. После этого последняя буква x была изменена на z, чтобы показать что использовалось сжатие zlib. Не всегда используется именно это сжатие, иногда можно встретить LZMA или BZIP2, поэтому некоторые ядра называют просто zImage.

Нумерация версии состоит из трех цифр, номер версии ядра Linux, номер вашей версии и патчи или исправления.

В паке /boot можно найти не только ядро Linux, такие файлы, как initrd.img и system.map. Initrd используется в качестве небольшого виртуального диска, который извлекает и выполняет фактический файл ядра. Файл System.map используется для управления памятью, пока еще ядро не загрузилось, а конфигурационные файлы могут указывать какие модули ядра включены в образ ядра при сборке.

Архитектура ядра Linux

Так как ядро Linux имеет монолитную структуру, оно занимает больше и намного сложнее других типов ядер. Эта конструктивная особенность привлекла много споров в первые дни Linux и до сих пор несет некоторые конструктивные недостатки присущие монолитным ядрам.

Но чтобы обойти эти недостатки разработчики ядра Linux сделали одну вещь — модули ядра, которые могут быть загружены во время выполнения. Это значит что вы можете добавлять и удалять компоненты ядра на лету. Все может выйти за рамки добавления функциональных возможностей аппаратных средств, вы можете запускать процессы сервера, подключать виртуализацию, а также полностью заменить ядро без перезагрузки.

Представьте себе возможность установить пакет обновлений Windows без необходимости постоянных перезагрузок.

Модули ядра

Что, если бы Windows уже имела все нужные драйвера по умолчанию, а вы лишь могли включить те, которые вам нужны? Именно такой принцип реализуют модули ядра Linux. Модули ядра также известные как загружаемые модули (LKM), имеют важное значение для поддержки функционирования ядра со всеми аппаратными средствами, не расходуя всю оперативную память.

Модуль расширяет функциональные возможности базового ядра для устройств, файловых систем, системных вызовов. Загружаемые модули имеют расширение .ko и обычно хранятся в каталоге /lib/modules/. Благодаря модульной природе вы можете очень просто настроить ядро путем установки и загрузки модулей. Автоматическую загрузку или выгрузку модулей можно настроить в конфигурационных файлах или выгружать и загружать на лету, с помощью специальных команд.

Сторонние, проприетарные модули с закрытым исходным кодом доступны в некоторых дистрибутивах, таких как Ubuntu, но они не поставляются по умолчанию, и их нужно устанавливать вручную. Например, разработчики видеодрайвера NVIDIA не предоставляют исходный код, но вместо этого они собрали собственные модули в формате .ko. Хотя эти модули и кажутся свободными, они несвободны. Поэтому они и не включены во многие дистрибутивы по умолчанию. Разработчики считают что не нужно загрязнять ядро несвободным программным обеспечением.

Теперь вы ближе к ответу на вопрос что такое ядро Linux. Ядро не магия. Оно очень необходимо для работы любого компьютера. Ядро Linux отличается от OS X и Windows, поскольку оно включает в себя все драйверы и делает много вещей поддерживаемых из коробки. Теперь вы знаете немного больше о том, как работает ваше программное обеспечение и какие файлы для этого используются.

Источник

Ядро Linux. Объясняем простыми словами

Существует огромное количество дистрибутивов Linux, но де-факто, у них есть только одна общая черта: ядро ​​Linux. И хотя об этом часто говорят, многие люди на самом деле не знают точно, что оно делает.

Давайте посмотрим, что на самом деле делает ядро ​​Linux и зачем оно нужно, используя как можно меньше отвратительных терминов.

Что такое ядро?

Каждая операционная система использует ядро. Без ядра, у вас не может быть операционной системы, которая действительно работает. Windows, Mac OS X и Linux имеют ядра, и все они разные. Это ядро ​​также выполняет основную работу операционной системы. Помимо ядра, есть много приложений, связанных с ядром, чтобы сделать весь пакет чем-то полезным – об этом чуть позже.

Задача ядра – общаться с аппаратным и программным обеспечением и максимально эффективно управлять ресурсами системы. Оно взаимодействует с оборудованием через драйверы, которые включены в ядро ​​(или дополнительно установлены позже в виде модуля ядра). Таким образом, когда приложение хочет что-то сделать (скажем, изменить настройку громкости динамиков), оно может просто отправить этот запрос ядру, и ядро ​​может использовать драйвер для динамиков, чтобы фактически изменить громкость.

Ядро активно участвует в управлении ресурсами. Необходимо убедиться, что для запуска приложения достаточно памяти, а также разместить приложение в нужном месте в памяти. Ядро пытается оптимизировать использование процессора, чтобы он мог выполнять задачи как можно быстрее. Оно также направлено на то, чтобы избежать взаимоблокировок, которые являются проблемами, которые полностью останавливают систему, когда одному приложению требуется ресурс, который использует другое приложение. Это довольно сложный “цирковой акт”, чтобы координировать все эти вещи, но это нужно сделать, для этого и нужно ядро.

Что еще составляет операционную систему?

Как я упоминал ранее, операционные системы включают собственное ядро ​​вместе с кучей других приложений. Только с ядром, практически невозможно что-либо сделать с операционной системой. Вам также понадобятся некоторые другие приложения, такие как оболочка. Оболочка отвечает за отображение приглашения, которое вы видите в терминалах или командных строках. Оболочки – гораздо более простой способ запуска приложений, навигации по папкам и многого другого. Все те задачи, которые вы можете выполнять в оболочке, поддерживаются другими приложениями, которые также должны быть связаны. Например, приложение tar необходимо, если вы работаете с tarballs в оболочке.

Затем операционные системы, в частности дистрибутивы Linux, продолжают объединять больше приложений, таких как среда рабочего стола, веб-браузер, офисный пакет и другие приложения, с которыми вы часто взаимодействуете напрямую. Итак, как вы можете видеть, ядро ​​- это очень маленькая часть операционной системы, но, пожалуй, самая важная.

История Linux

Как долго существует ядро ​​Linux? Впервые оно было создано финским студентом по имени Линус Торвальдс в 1991 году. Он отправил электронное письмо в список рассылки со словами: “Привет всем, кто использует Minix! Я делаю (бесплатную) операционную систему для клонов AT на базе процессоров 386 (486). Это просто хобби, а не что-то большое и профессиональное вроде GNU”. За более чем два десятилетия, операционная система для хобби, превратилась в основную часть программного обеспечения, которое теперь используется для миллионов устройств по всему миру.

В течение этого времени, Линус решил лицензировать ядро, используя лицензию GPL, что означало, ядро имеет открытый исходный код. Люди могут свободно просматривать код, изменять его в соответствии со своими потребностями, а затем распространять его среди других (по той же лицензии).

Теперь вы знаете о ядре Linux

Итак, теперь, когда кто-нибудь спросит вас, что такое ядро ​​Linux, вы сможете рассказать им об этом! Если у вас есть другие вопросы о ядре Linux, задайте их в комментариях, а я постараюсь на них ответить.

Источник

Что такое ядро ​​в Linux и как проверить его версию?

В дикой природе существует так много дистрибутивов Linux, но есть только одна вещь, которую они гарантированно имеют: ядро ​​Linux. Тем не менее, хотя многие люди и говорят о ядре Linux, на самом деле, большинство не знают, что оно делает.

Давайте посмотрим на ядро ​​Linux и зачем оно нужно, используя как можно меньше терминов.

Что такое ядро?

• 

Каждая операционная система использует ядро. Без ядра у вас не может быть компьютера, который действительно работает. Вы можете видеть и взаимодействовать со многими различными программами, но основную работу ​​выполняет ядро.

Ядро служит мостом между аппаратным и программным обеспечением вашего компьютера. Оно взаимодействует с оборудованием через драйверы, которые включены в само ядро или установлены позже в виде модуля ядра.

Таким образом, когда приложение хочет что-то сделать (например, изменить настройку громкости динамиков), оно может отправить этот запрос ядру, и ядро ​​может использовать доступные драйверы динамиков для фактического изменения громкости.

Ядро также активно участвует в управлении ресурсами. Оно должно убедиться, что для запуска приложения достаточно памяти и поместить приложение в нужное место в памяти. Ядро пытается оптимизировать использование процессора, чтоб он мог выполнять задачи как можно быстрее.

Сбои могут привести к зависаниям, когда вся система останавливается, потому что одному приложению нужен ресурс, который использует другое.

Что такое ядро ​​Linux?

• 

Технически, неверно думать о Linux как о полноценной операционной системе. Linux, фактически, относится именно к ядру, названному в честь основателя Линуса Торвальдса. Все остальное, что вы видите на экране, исходит от других проектов и разработчиков.

Линус Торвальдс создал ядро ​​Linux в 1991 году. Первоначально он назвал проект Freax (комбинация слов: «free», «freak» и «UNIX»). Коллега предпочитал название “Linux”, и это название прижилось. Торвальдс выпустил первую версию Linux в 1992 году под лицензией GNU copyleft, что стало большой частью успеха проекта.

Большая часть опыта использования рабочего стола Linux происходит от проекта GNU, более старого проекта, который создал практически полноценную настольную операционную систему. Все, что ему не хватало – это ядро, и Linux удовлетворяет эту потребность. Вот почему некоторые люди называют операционная система GNU/Linux, что есть верно.

Другие бесплатные рабочие столы с открытым исходным кодом, такие как FreeBSD, выглядят и работают как Linux, потому что на них работает большая часть того же программного обеспечения GNU.

Поскольку ядро ​​Linux было доступно под лицензией GNU, было меньше интереса к продолжению разработки отдельного ядра в рамках проекта GNU. И вместо того, чтобы создавать другие конкурирующие ядра, такие как в Windows и macOS, многие компании решили использовать ядро ​​Linux и внести свой вклад в него.

Ядро Linux выросло в огромный проект, содержащий миллионы строк кода. Тысячи людей и более тысячи компаний внесли свой вклад в развитие ядра. Это один из самых ярких примеров бесплатного и открытого программного обеспечения в мире.

Для чего используется ядро ​​Linux

• 

Хотя Linux остается относительно нишевой настольной операционной системой, ядро широко используется в других местах. Благодаря Android ядро ​​Linux теперь работает на большинстве смартфонов мира, оно управляет почти всеми видами мобильных устройств, включая носимые, камеры и даже роутеры установленные у вас дома.

И хотя Linux начинался как хакерский проект, сейчас под его управлением работает 500 самых мощных суперкомпьютеров и большая часть нашей интернет-инфраструктуры.

Как проверить версию ядра Linux

Ядро находится в активной разработке, поэтому постоянно появляются новые версии Linux.

Самый простой способ узнать, какая версия находится на вашем компьютере и будет работать в любой версии Linux, – это использовать uname команду. Это инструмент командной строки, который предоставляет системную информацию. Вы можете найти используемую версию ядра Linux, открыв окно терминала и напечатав следующее:

В настоящее время я использую ядро ​​Linux версии 4.15.0-29deepin-generic. Давайте разберемся, что это значит.

• 4 – версии ядра.
• 15 – текущий крупный пересмотр.
• 0 – текущие мелкие доработки.
• 29 – относится к устранение ошибок и исправлений, применяемых к этой версии.

Информация отображаемая после данных значений будет зависеть от дистрибутива который вы используете. В моём случае, это Deepin 15.9.3.

Стоит ли обновлять ядро ​​Linux?

• 

По большей части, ядро ​​Linux работает в фоновом режиме. Ты не знаешь, что он там, и у тебя нет причин думать об этом. Лучший способ обновить версию ядра Linux – это обновить ее до последней версии предпочитаемой операционной системой которую ты используешь. Как вы могли видеть, с дистрибутивом Deepin 15.9.3, который использую я, поставляется довольно таки старое ядро 4.15, когда многие дистрибутивы уже перешли к доступному на данный момент Linux 5.0.

Хотя ядро ​​в основном невидимо, есть несколько причин перейти на более новое ядро ​​Linux. В отличие от Windows, драйверы оборудования для Linux поставляются в комплекте с ядром Linux. Поэтому, если у вас относительно новый ноутбук с динамиками, Wi-Fi или тачпадом, который ваша версия Linux еще не обнаруживает, вам, возможно, придется подождать более новую версию. Релизы также поставляются с улучшениями стабильности и скорости, поэтому ваш компьютер может работать более плавно в одной версии по сравнению с другой.

Источник