- Việt Nam
English
Việt NamEnglishNgày đăng: 4 tháng 11 năm 2024
Kernel là nền tảng của mọi hệ điều hành, từ Windows, macOS cho đến Linux. Đây là phần mềm cốt lõi của hệ điều hành, chịu trách nhiệm quản lý và điều phối tất cả các hoạt động của máy tính. Để tìm hiểu rõ hơn về Kernel là gì, phân loại và chức năng của nó, hãy theo dõi bài viết dưới đây của CloudFly nhé.
Kernel là thành phần đầu tiên của hệ điều hành được tải vào sau bootloader (chương trình khởi động) và hoạt động xuyên suốt cho đến khi hệ điều hành tắt. Vai trò chính của Kernel là quản lý hệ thống tài nguyên và thực hiện các cơ sở nhiệm vụ như quản lý đĩa, bộ nhớ và xử lý tác vụ. Đồng thời tạo giao diện để người dùng có thể tương tác với phần cứng của hệ thống system.
Kernel chạy trong một vùng bộ nhớ riêng, được gọi là Kernel Space, nơi các ứng dụng chương trình khác không thể truy cập. Điều này giúp bảo vệ mã hóa của Kernel khỏi những can thiệp không mong muốn. Ứng dụng của người dùng sẽ sử dụng một bộ nhớ riêng khác được gọi là User Space. Vì Kernel Space và User Space là hai bộ nhớ độc lập nên quá trình giao tiếp tiếp theo diễn ra thường chậm hơn so với giao tiếp tiếp theo trong cùng một bộ nhớ.
Kernel hoạt động như một lớp trung gian, giúp mọi thứ trong hệ thống hoạt động một cách trơn tru. Nó thực hiện chuyển đổi các yêu cầu đầu vào và đầu ra của phần mềm thành các lệnh mà CPU và GPU có thể hiểu. Kernel có những nhiệm vụ chính sau đây:
Người dùng có thể truy cập không gian của Kernel thông qua các cuộc gọi hệ thống (system call). Tuy nhiên, nếu một chương trình cố gắng truy cập quá nhiều lần vào Kernel, điều này có thể dẫn đến lỗi.
Kernel không chỉ chuyển đổi các yêu cầu của phần mềm mà còn bảo vệ phần cứng máy tính. Nếu không có sự bảo vệ này, các chương trình có thể hoạt động tùy ý, gây hỏng hóc cho máy tính và dữ liệu.
Trong các máy tính hiện đại, bảo mật được thực hiện ở cấp độ phần cứng. Ví dụ, Windows từ chối tải driver từ nguồn không đáng tin cậy. Secure Boot và Trusted Boot cũng là một minh chứng cụ thể cho ví dụ này.
Monolithic Kernels là loại Kernel mà cả dịch vụ người dùng và dịch vụ Kernel đều hoạt động trong cùng một không gian bộ nhớ. Điều này có nghĩa là không có sự tách biệt giữa không gian bộ nhớ của người dùng và Kernel. Từ đó dẫn đến việc kích thước của Kernel và hệ điều hành sẽ tăng lên.
Vì không có sự phân chia giữa user space và kernel space, quá trình thực thi sẽ nhanh hơn trong Monolithic Kernels. Loại Kernel này tích hợp tất cả các dịch vụ của hệ điều hành, bao gồm cả các dịch vụ dành cho người dùng và Kernel, vào một không gian duy nhất. Các dịch vụ cấp cao như lập lịch CPU, quản lý bộ nhớ và quản lý tệp đều được cung cấp thông qua các cuộc gọi hệ thống (system call).
Microkernel khác với Monolithic Kernel ở chỗ nó triển khai các dịch vụ người dùng và dịch vụ Kernel trong các không gian bộ nhớ khác nhau. Nhờ việc sử dụng riêng biệt user space và kernel space, Microkernel giúp giảm kích thước của Kernel và hệ điều hành.
Với việc phân tách các dịch vụ của hệ điều hành thành các mô-đun độc lập, Microkernel trở nên nhỏ gọn và nhẹ hơn. Tuy nhiên, việc liên lạc giữa các ứng dụng và dịch vụ phải sử dụng cơ chế IPC (Inter-Process Communication). Điều này có thể làm giảm tốc độ thực thi của hệ thống.
Hybrid Kernel là sự kết hợp giữa Microkernel và Monolithic Kernel. Nó tận dụng tốc độ của Monolithic Kernel, và vẫn giữ được tính mô-đun của Microkernel.
Hybrid Kernel được sử dụng trong một số hệ điều hành phổ biến như Microsoft Windows và Apple macOS. Nó giữ lại các dịch vụ quan trọng như quản lý bộ nhớ và lập lịch CPU. Trong khi các dịch vụ khác, chẳng hạn như trình điều khiển, sẽ chỉ được tải khi cần thiết.
Nanokernel là loại kernel có kích thước rất nhỏ, chỉ chứa các chức năng cơ bản nhất của hệ điều hành. Như tên gọi, mã thực thi trong chế độ đặc quyền của phần cứng cực kỳ gọn nhẹ.
Nanokernel được thiết kế để cho phép chạy nhiều phiên bản hệ điều hành trên một hệ thống phần cứng duy nhất.
Một ví dụ điển hình của Nanokernel là KeyKOS, với khoảng 20.000 dòng mã C. KeyKOS bao gồm các chức năng như kiểm tra tài nguyên và hỗ trợ bộ nhớ ảo. Đồng thời, nó có thể hoạt động trong bộ nhớ chỉ khoảng 100KB.
Exokernel là một loại kernel hệ điều hành được phát triển bởi nhóm Hệ điều hành song song và phân tán tại MIT. Điểm nổi bật của Exokernel là việc tách biệt bảo vệ tài nguyên khỏi quản lý tài nguyên. Nhờ vào sự tách biệt này, người dùng có thể tùy chỉnh các dịch vụ hệ thống theo nhu cầu cụ thể của ứng dụng. Điều này mang lại nhiều linh hoạt hơn trong việc phát triển và triển khai ứng dụng.
>>> Xem thêm:
Hy vọng bài viết trên trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về Kernel là gì, chức năng và phân loại Kernel. Nếu còn thắc mắc hay muốn đăng ký máy chủ ảo Cloud Server tại CloudFly, hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua thông tin bên dưới để được tư vấn và hỗ trợ chi tiết. Đội ngũ kỹ thuật có chuyên môn cao luôn sẵn sàng 24/7 để giải quyết mọi vấn đề của bạn.
THÔNG TIN LIÊN HỆ:
