Linux это только ядро

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 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

Что такое Linux (и другие вопросы)

Быстрое знакомство с самой многогранной операционной системой

Операционная система Linux работает почти на всех серверах в интернете. При этом Linux — это не название какой-то одной операционной системы, а общее название для сотен систем. Давайте разберёмся, как это вообще возможно.

Что такое Linux

Linux — это одновременно две вещи:

1. Название ядра операционной системы (то есть центральный модуль, который отвечает за базовые возможности системы).
2. Название семейства операционных систем, в которое, по разным подсчётам, входит от 500 до 600 операционок для разных задач.

Отдельной операционки под названием Linux нет, но если вы знаете принципы работы одной системы, вы сможете легко разобраться во всех остальных.

Что значит ядро Linux?

Ядро Linux — это то, что разработал программист Линус Торвальдс, когда хотел получить основные возможности UNIX, но без ограничения на коммерческое использование.

Ядро операционной системы отвечает за её базовые команды и операции, которые она умеет делать:

• управление памятью — выделить место программе, ограничить, очистить;
• управление процессами — запустить, дать ресурсы, убить;
• управление железом — в ядро встроены драйверы для некоторого набора оборудования, чтобы операционка сразу работала на железе;
• обмен информацией между процессами, службами и программами — чтобы программы могли отправлять запросы в интернет, писать данные на диск, читать с диска, запускать друг друга, обращаться к системе и т. д.

Ядро практически не видимо для пользователя, его нельзя «открыть», у него нет видимых для пользователя окон и кнопок. В ядро даже нельзя ввести команду с клавиатуры. Это как рептильный мозг человека: у нас нет к нему осознанного доступа и мы не можем остановить себе сердце силой мысли, но благодаря этому «ядру» у нас бьётся сердце.

Поверх ядра Linux разные программисты сделали свои версии операционных систем: RedHat, Ubuntu, Mint Linux и много-много других. Вот и получается, что ядро в основе — одно, а дистрибутивов Linux — много.

Linux — это версия Unix?

Нет, несмотря на похожие названия, это разные продукты.

Unix был создан в компании AT&T в 1970-х. Это была коммерческая операционка, которую хоть и лицензировали для университетов, но всё равно на ней хотели зарабатывать. UNIX существует как отдельная операционная система до сих пор и используется на сетевом оборудовании.

Linux создана в начале 90-х с нуля как открытая альтернатива Unix. В Linux используются многие принципы и механизмы Unix, но код другой. Более того, код Linux открытый: кто угодно может скачать исходник ядра Linux и посмотреть, как там всё устроено.

Возможно, именно благодаря открытости Linux стал настолько популярной операционной системой с сотнями дистрибутивов.

Что такое дистрибутив Linux

Дистрибутив Linux — это когда разные компании и разработчики берут ядро и добавляют сверху какой-то набор программ: оболочки, компиляторы, драйверы и всё остальное. Это уже становится полноценной операционной системой, и каждая из таких сборок имеет своё название.

Количество дистрибутивов Linux огромно — около 500 более-менее известных и бесчисленное множество разных сборок под разные задачи.

Любой человек, почитав полдня документацию и сформулировав свою задачу, сможет собрать собственный дистрибутив Linux — например под старый компьютер, для обучения, напичканный играми или для веб-разработки.

Почему дистрибутивов так много

Потому что каждая компания считает важным что-то своё:

• одни хотят сделать операционку с красивым интерфейсом;
• другие делают акцент на безопасности и шифровании данных;
• третьи хотят расширенную поддержку сетевых протоколов;
• четвёртым нужна поддержка определённого оборудования;
• пятые хотят стабильности и отказоустойчивости;
• шестым нужно, чтобы система работала в брелке от сигнализации;
• а кому-то ещё — чтобы система работала на маломощном процессоре.

В зависимости от того, что для них важно, компании собирают свои дистрибутивы из разных компонентов.

Получается, Linux — это бесплатно?

В основном да, Linux — это бесплатно. Есть и коммерческие сборки Linux: ты платишь за софт и поддержку пользователей.

В этом и есть первая сила Linux — в бесплатности и доступности. Вторая суперсила — в гибкости и разнообразии настроек и специальных программ.

Как выглядит интерфейс Linux

Linux может выглядеть как угодно — смотря что вам нравится.

Когда вы смотрите на окна операционной системы, на самом деле вы смотрите на специальную программу-менеджер. Это надстройка над ядром, которая рисует красивые окна. В операционных системах Windows и MacOS оконные менеджеры стандартные и не меняются, а в Linux можно выбрать свой.

Дистрибутивы Linux выглядят по-разному в зависимости от того, какой оконный менеджер там стоит. Можно вообще обойтись без него.

Например, можно поставить себе оконный менеджер KDE:

Или можно использовать GNOME:

Или менеджер Xfce, если железо совсем слабое:

Можно вообще не пользоваться оконным менеджером и управлять всем из командной строки, как это делают на серверах:

Для чего используется Linux

Linux используется для чего угодно. Так как любой дистрибутив Linux собирается из разных кирпичиков, можно найти дистрибутивы:

• для домашнего ежедневного использования (например, Ubuntu);
• для реанимации старого железа (например, поставить Calculate для слабых компьютеров в школьных классах);
• для серверов предприятий;
• для суперкомпьютеров;
• для отказоустойчивых станций для работы в бесперебойном режиме;
• для систем безопасности и шифрования;
• для создания сети из компьютеров для параллельных вычислений;
• для обслуживания сигнализаций, умных домов и районов;
• для роутеров и прочего компьютерного железа;
• для роботов и робототехники.

Если того, что вам нужно, нет в списке, то вы можете сами сделать свой дистрибутив или взять что-то за основу и поставить туда нужный софт. Такой подход и делает Linux универсальной операционной системой для всего.

Можно ли играть в игры на Linux

В целом — да, но с ограничениями. Вот варианты:

1. Можно играть в ретроигры с помощью любого из десятков эмуляторов консоли.
2. Можно играть в некоторые PC-игры через эмулятор Windows (например, Wine). Игра может подтормаживать в зависимости от того, какое у вас железо и на какое железо была рассчитана игра.
3. Можно играть в игры, портированные на SteamOS — это собственная среда Steam на базе Linux. Компания Valve очень старается сделать как можно больше игр для этой платформы, потому что от этого зависит работа их будущей консоли SteamDeck, так что в некоторые топовые игры поиграть всё-таки можно.
4. Можно играть в игры, разработанные непосредственно для Linux.

На Linux можно поиграть в Doom Eternal. А в Doom 3 можно поиграть даже на Линуксе, который работает на одноплатном компьютере Raspberry Pi 4.

Основная проблема с играми на Linux — это передовые игры, которые используют максимум возможностей видеокарты. Не на все карты и не у всех производителей есть драйверы на Linux. Хотя со временем их становится всё больше, а некоторые ребята даже пишут собственные драйверы.

А что со специализированным железом и софтом?

На Linux есть масса профессионального софта для работы с графикой, видео и звуком. Это не такие комбайны, как у Adobe и Apple, но со своими задачами справляются.

Постепенно производители софта понимают важность Linux и выпускают для него полноценные версии своего софта. Например, Blackmagic сделали для Linux полноценную версию видеомонтажной программы Davinci Resolve.

Совместимость со специализированным железом под вопросом: есть железо, которое работает только на Linux. И есть железо, у которого вообще нет драйверов на Linux. Надо смотреть.

Можно ли запускать на Linux программы от MacOS или Windows?

В целом — да. На Linux можно установить эмуляторы других операционных систем. Например, Wine — это широко распространённый эмулятор Windows. Есть система VMWare Workstation, которая создаёт виртуальную машину внутри вашего Линукса, и там можно запустить что угодно.

Надо понимать, что любая эмуляция «отжирает» часть ресурсов компьютера и могут быть проблемы с совместимостью, поэтому ступайте осторожно.

Что дальше

В одном из следующих выпусков перейдём к практике — установим Linux на домашний компьютер. Лайк, подписка.

Источник