النواة الدقيقة في Operaنظام تينج: Archiالبنية، المزايا
ناثانيال بروكس
قبل أن نتعلم MicroKernel، دعونا نفهم:
ما هو Kernel؟
تعد النواة جزءًا مهمًا من نظام التشغيل الذي يدير موارد النظام. كما أنه يعمل كجسر بين البرامج وأجهزة الكمبيوتر. إنه أحد البرامج الأولى التي يتم تحميلها عند بدء التشغيل بعد أداة تحميل التشغيل. Kernel مسؤول أيضًا عن توفير الوصول الآمن إلى أجهزة الجهاز لمختلف البرامج. ويقرر أيضًا متى ومدة استخدام تطبيق معين لأجهزة معينة.
ما هو ميكروكيرنل؟
النوية هو برنامج أو كود يحتوي على الحد الأدنى المطلوب من الوظائف والبيانات والميزات لتنفيذ نظام التشغيل. وهو يوفر عددًا أدنى من الآليات، وهو ما يكفي لتشغيل الوظائف الأساسية لنظام التشغيل. وهو يسمح بتنفيذ أجزاء أخرى من نظام التشغيل لأنه لا يفرض الكثير من السياسات.
عادةً ما يتم تنفيذ Microkernels وبيئات المستخدم الخاصة بها في ملف C++ or لغات البرمجة سي مع القليل من التجميع. ومع ذلك، من الممكن استخدام لغات تنفيذ أخرى مع بعض الترميز عالي المستوى.
ما هي النواة المتجانسة؟
يدير Monolithic Kernel جميع خدمات النظام الأساسية مثل ادارة العملياتوإدارة الذاكرة واتصالات الإدخال/الإخراج ومعالجة المقاطعة ونظام الملفات وما إلى ذلك في مساحة kernel.
في هذا النوع من نهج Kernel، يعمل نظام التشغيل بالكامل كبرنامج واحد في وضع Kernel. يتم كتابة نظام التشغيل كمجموعة من الإجراءات المرتبطة ببعضها البعض في برنامج ثنائي كبير قابل للتنفيذ.
النوية Architecture
يُعد النواة الدقيقة الجزء الأكثر أهمية للتنفيذ الصحيح لنظام التشغيل. يمكنك أن ترى في الرسم البياني الموضح أدناه أن النواة الدقيقة تفي بالعمليات الأساسية مثل الذاكرة وآليات جدولة العمليات والاتصال بين العمليات.
Microkernel هو البرنامج الوحيد الذي يتم تنفيذه على المستوى المميز. تتم إزالة الوظائف المهمة الأخرى لنظام التشغيل من وضع kernel وتشغيلها في وضع المستخدم. قد تكون هذه الوظائف عبارة عن برامج تشغيل الأجهزة، أو التطبيقات، أو خوادم الملفات، أو الاتصالات بين العمليات، وما إلى ذلك.
مكونات النواة الدقيقة
تشتمل النواة الدقيقة فقط على الوظائف الأساسية للنظام. يتم تضمين أحد المكونات في Microkernel فقط إذا كان وضعه بالخارج سيؤدي إلى مقاطعة وظائف النظام. يجب وضع جميع المكونات الأخرى غير الأساسية في وضع المستخدم.
الحد الأدنى من الوظائف المطلوبة في Microkernel هي:
- إدارة الذاكرة يجب تضمين آليات مثل مساحات العناوين في Microkernel. كما أنه يحتوي على ميزات حماية الذاكرة.
- يجب أن تحتوي آليات جدولة المعالج على برامج جدولة العمليات والخيوط.
- يدير الاتصال بين العمليات الخوادم التي تقوم بتشغيل مساحات العناوين الخاصة بها.
الفرق بين Microkernel و Monolithic Kernel
| المعلمات | نواة متجانسة | مايكرو كيرنيل |
|---|---|---|
| Basic | إنها عملية كبيرة تجري في مساحة عنوان واحدة | يمكن تقسيمها إلى عمليات منفصلة تسمى الخوادم. |
| رمز | من أجل كتابة نواة متجانسة، مطلوب تعليمات برمجية أقل. | من أجل كتابة النواة الدقيقة، مطلوب المزيد من التعليمات البرمجية |
| حماية | إذا تعطلت إحدى الخدمات، ينهار النظام بأكمله في نواة متجانسة. | إذا تعطلت إحدى الخدمات، فلن يؤثر ذلك أبدًا على عمل النواة الدقيقة. |
| التواصل | إنه ملف ثنائي ثابت واحد | تتواصل الخوادم من خلال IPC. |
| مثال | لينكس، بي إس دي، Microsoft Windows (95,98،XNUMX، أنا)، Solaris، OS-9، AIX، DOS، XTS-400، إلخ. | L4Linux، QNX، SymbianK42، نظام التشغيل Mac OS X، Integrity، الخ. |
مميزات الميكروكيرنل
فيما يلي إيجابيات/فوائد استخدام Microkernel
- تعتبر هندسة النواة الصغيرة صغيرة ومعزولة وبالتالي يمكنها أن تعمل بشكل أفضل.
- تعتبر النوى الدقيقة آمنة لأنها لا تتضمن سوى المكونات التي قد تؤدي إلى تعطيل وظائف النظام.
- يمكن الوصول إلى توسيع النظام بشكل أكبر، بحيث يمكن إضافته إلى تطبيق النظام دون إزعاج النواة.
- تعد النوى الدقيقة وحدات معيارية، ويمكن استبدال الوحدات المختلفة وإعادة تحميلها وتعديلها دون لمس النواة.
- عدد أقل من أعطال النظام بالمقارنة مع الأنظمة المتجانسة.
- تساعدك واجهة Microkernel على فرض بنية نظام أكثر نمطية.
- بدون إعادة الترجمة، قم بإضافة ميزات جديدة
- يتم أيضًا عزل عطل الخادم مثل أي عطل في أي برنامج مستخدم آخر.
- يتميز نظام Microkernel بالمرونة، لذا فإن الاستراتيجيات وواجهات برمجة التطبيقات المختلفة، التي يتم تنفيذها بواسطة خوادم مختلفة، يمكن أن تتواجد معًا في النظام.
- ستؤدي زيادة الأمان والاستقرار إلى تقليل كمية التعليمات البرمجية التي يتم تشغيلها في وضع kernel
مساوئ ميكروكيرنل
فيما يلي عيوب/سلبيات استخدام Microkernel:
- يعد تقديم الخدمات في نظام النواة الدقيقة مكلفًا مقارنة بالنظام المتجانس العادي.
- يلزم تبديل السياق أو استدعاء الوظيفة عند تنفيذ برامج التشغيل كإجراءات أو عمليات، على التوالي.
- يمكن أن يكون أداء نظام النواة الدقيقة غير مبالٍ وقد يؤدي إلى بعض المشاكل.
الملخص
- تعد النواة جزءًا مهمًا من نظام التشغيل الذي يدير موارد النظام.
- النواة الصغيرة هي برنامج أو كود يحتوي على الحد الأدنى المطلوب من الوظائف والبيانات والميزات لتنفيذ نظام التشغيل.
- في نهج النواة المتجانسة، يتم تشغيل نظام التشغيل بأكمله كبرنامج واحد في وضع النواة
- يُعد النواة الدقيقة (Microkernel) الجزء الأكثر أهمية للتنفيذ الصحيح لنظام التشغيل.
- تشتمل النواة الدقيقة فقط على الوظائف الأساسية للنظام.
- النواة المتجانسة عبارة عن عملية كبيرة يتم تشغيلها في مساحة عنوان واحدة، بينما يمكن تقسيم النواة الميكروية إلى عمليات منفصلة تسمى الخوادم.
- هندسة النواة الصغيرة صغيرة ومعزولة وبالتالي يمكنها العمل بشكل أفضل
- يعد تقديم الخدمات في نظام النواة الدقيقة مكلفًا مقارنة بالنظام المتجانس العادي
