كل نظام تشغيل – سواء كان نظام Windows أو Mac أو Linux أو Android – لديه برنامج أساسي يسمى Kernel والذي يعمل بمثابة “الرئيس” للنظام بأكمله. هذا هو قلب نظام التشغيل! الكيرنل ليس سوى برنامج كمبيوتر يتحكم في كل شيء آخر. أي شيء يحدث على الكمبيوتر يمر به. في هذا المنشور ، سنناقش ما هو الــ Kernel في نظام التشغيل ، وأنواع مختلفة من الــ Kernels.
ما هو ال Kernal (النواة) في نظام التشغيل
الآن بعد أن علمنا أنه برنامج أساسي في نظام التشغيل ، يجب أن يعلم المرء أيضًا أنه أول برنامج يتم تحميله بعد أداة تحميل التشغيل (bootloader). تقوم بعد ذلك بإجراء كل العمليات بين الأجهزة والبرامج أو التطبيقات. لذلك إذا قمت بتشغيل برنامج ، فإن واجهة المستخدم ترسل طلبًا إلى ال Kernel. يقوم Kernel بعد ذلك بإرسال طلب إلى وحدة المعالجة المركزية والذاكرة لتعيين قوة المعالجة والذاكرة وأشياء أخرى حتى يمكن تشغيل التطبيق بسلاسة في الواجهة الأمامية.
يمكنك أن تتخيل الكيرنل كمترجم. يحول طلبات الإدخال / الإخراج من البرنامج إلى مجموعة تعليمات لوحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات. بكلمات بسيطة ، إنها طبقة بين البرنامج والأجهزة مما يجعل كل شيء ممكنًا. يدير الكرنل ما يلي:
- CPU/GPU
- Memory
- Input/Output or IO devices
- Resource management
- Memory management
- Device management
- System calls.
يمكن لعمليات المستخدم الوصول إلى مساحة الــ kernel فقط من خلال استخدام مكالمات النظام System calls. إذا حاول البرنامج الوصول مباشرة ، فسيؤدي ذلك إلى حدوث خطأ.
ما هي انواع ال Kernal (النواة)
يمكن للكيرنل أيضًا التخاطب مع العتاد (Hardware) على مستوى آمن. لذلك يمكن للشركات تطوير Kernel والذي يمكنه التخاطب إلى أجهزتهم من خلال مجموعة من الأزرار. مثل الغسالة على سبيل المثال. اعتمادًا على المقابض التي تقوم بنقلها ، والوقت الذي تحدده – يجب أن يكون مستوى ال Kernel الأساسي كافيًا. ومع ذلك ، فإن الكيرنل نفسه يتعقد بمرور الوقت وهذا ماجعل له عدة انواع هي :
Monolithic Kernel .1
هنا ، يعمل كل من OS و ال Kernel في نفس مساحة الذاكرة حيث لا يشكل الأمن مصدر قلق كبير. يكون الوصول أسرع ، ولكن في حالة وجود خطأ في برنامج تشغيل الجهاز ، يتعطل النظام بأكمله.
Microkernel .2
تقوم بتنفيذ معظم عملياتها في حيز المستخدم لكي تحافظ على توزيع وتفرقة المهام عن بعضها، وبهذا تسهل عملية تحسين وتطوير الشفرة المبرمجة. تعتمد النواة الصغرية على تقليل الوظائف المرتبطة بها. ونقل جزء كبير من خدمات نظام التشغيل منها إلى المستخدم مع الإبقاء على الوظائف الأساسية فقط، وهذا ما يجعلها تسمى بالنواة المصغرة. وتتميز النواة المصغرة بصغر حجمها، إذ تحتوي في المجمل على 50.000 سطر من الأكواد مقابل 6.000.000 للنواة الأحادية مثل لينكس 2.6.0 .
3. Hybrid Kernel
هذا النوع هو ما نراه أكثر في ويندوز ، أبل ماك. إنها مزيج من Monolithic و Microkernel. إنها تنقل برامج التشغيل ولكنها تحتفظ بخدمات النظام داخل الـ Kernel – مثل طريقة تحميل برامج التشغيل عند بدء تشغيل Windows لعملية التمهيد.
4. Nano Kernel
تمثل نظام التشغيل في طبقة تجريد الأجهزة الطبقة الأقرب إلى الارتباط بالمعالج، ويعتمد هذه النوع على تجزئة النواة إلى أجزاء صغيرة مما يوفر سرعة في التعامل مع ذاكرة RAM.
5. Exo Kernel
لا يقدم هذا الـ kernel سوى الحماية العملية ومعالجة الموارد. ومع ذلك ، يتم استخدامه في الغالب عند اختبار مشروع داخلي ، وترقية إلى نوع كيرنل أفضل.