^[]

النواة هي قلب جميع نظام تشغيل للحاسوب حيث تقوم بدور حلقة الوصل بين عتاد الحاسوب وبرمجياته وتقوم أيضًا بعملية التحكم بمصادر الجهاز. كحلقة وصل بين العتاد والبرمجيات تقوم النواة بتوفير طبقة يمكن للبرمجيات الاتصال بها مما يوفر إمكانيات الحاسب الآلي للبرمجيات التي يتحكم فيها المستخدم. تعد إحدى البرامج الأولى التي تحمل عند بدء التشغيل (بعد أداة محمل الإقلاع). كما تدير طلبات الإدخال/الإخراج من البرمجيات، ويترجمها إلى تعليمات لمعالجة البيانات في وحدة المعالجة المركزية. وتدير أيضًا الذاكرة والأجهزة الطرفية كلوحة المفاتيح والشاشة والطابعة والسماعات.

وظائف النواة تقوم بها جميع نواة بصورة مختلفة عن الأخرى. فمثلا تقوم النواة الأحادية بالعمل في حيز واحد من الذاكرة وبهذا تحقق تحسن في أداء النظام. أما النواة المصغرة (النوية) فتقوم بتطبيق معظم عملياتها في حيز المستخدم لكي تحافظ على توزيع وتفرقة المهام عن بعضها وبهذا تسهل عملية تحسين وتطوير الشيفرة البرمجية للنواة وإصلاحها.

نظرة عامة

أنظمة التشغيل الحديثة تعتمد على وجود نواة للنظام. في معظم الحالات يقوم محمل نظام التشغيل بتحميل النواة كعملية أثناء بداية تشغيل الحاسب الآلي وعند اكتمال تحميل نظام التشغيل تصبح هذه العملية مجموعة متكاملة من الوظائف التي يمكن حتى تستخدمها البرمجيات عن طريق الاتصال بالنواة لكي تتمكن البرمجيات من القيام بعمليات بحاجة للوصول لعتاد الحاسب الآلي مثل الكتابة على القرص الصلب..

في المعلوماتية، نواة نظام التشغيل هي البرمجة التي تضمن :

• التواصل بين البرامج والأجهزة.
• إدارة مختلف البرامج الخاصة بالآلة.
• التحكم في الأجهزة ومكونات الآلة (الذاكرة، المعالج، التخزين).

المهام المنجزة من طرف النواة

النواة لها وظائف أساسية عديدة منها ضمان التحميل وتطبيق العمليات، التحكم في المداخل|المخارج وتوفير سطح مناسب للربط بين النواة والمستخدم.

نواة يربط تطبيق البرمجيات لأجهزة كمبيوتر عادة يتم تحميل رمز بالغ الأهمية من النواة إلى منطقة محمية من الذاكرة، والذي يمنعها من حتى الكتابة بواسطة أخرى، الأجزاء المستخدمة أقل كثيرا من نظام التشغيل أوالتطبيقات. نواة تؤدي مهامها، مثل تطبيق العمليات والتعامل مع المقاطعات، في الفضاء النواة، في حين حتى جميع شيء على المستخدم يعمل عادة، مثل كتابة النص في محرر نص أوتشغيل البرامج في قابلة المستخدم الرسومية (قابلة المستخدم الرسومية)، ويتم ذلك في الفضاء المستخدم . هذا الفصل يمنع بيانات المستخدم والبيانات نواة من التداخل مع بعضها البعض، وبالتالي يقلل ذلك من أداء أوالتسبب في النظام لتصبح غير مستقرة (وربما تسقط).

عندما يجعل عملية طلبات النواة، ويسمى طلب استنادىء نظام. تصاميم نواة مختلفة تختلف في كيفية إدارة المكالمات النظام والموارد. على سبيل المثال، نواة متجانسة بتطبيق جميع التعليمات نظام التشغيل في نفس مساحة العنوان من أجل تحسين الأداء [المرجوالتوضيح] من النظام. A النوية تدير معظم العمليات الخلفية في نظام التشغيل المستخدم في الفضاء لجعل نظام التشغيل أكثر وحدات، وبالتالي أسهل للمحافظة عليه.

وحدة المعالجة المركزية

هذا المكون المركزي لنظام الكمبيوتر مسؤول عن تشغيل البرامج أوتطبيقها. وتتحمل النواة مسؤولية تحديد في أي وقت يجب تخصيص إحدى البرامج المشَغّلة للمعالج أولعدة معالجات.

ذاكرة الوصول العشوائي

تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي لتخزين كلًا من تعليمات البرامج وبياناته. وعادة، يجب حتىقد يكون كلاهما موجودًا في الذاكرة من أجل تشغيل البرنامج. غالبًا ما ترغب الكثير من البرامج الوصول إلى الذاكرة، والتي تتطلب في كثير من الأحيان ذاكرة أكثر متاحة من الكمبيوتر. النواة مسؤولة عن تحديد الذاكرة التي يمكن استخدامها لكل عملية، وتحديد ما يجب القيام به عندما لا تتوفر ذاكرة كافية.

أجهزة الادخال/الاخراج

تتضمن أجهزة الإدخال والإخراج الأجهزة الطرفية كلوحة المفاتيح والفأرة، والأقراص، والطابعات، ومحولات الشبكة، وأجهزة العرض. تخصص النواة الطلبات من التطبيقات لأداء الإدخال والإخراج إلى جهاز مناسب ويوفر طرقًا ملائمة لاستخدام الجهاز (عادةً ما يتم تلخيصه إلى النقطة التي لا يحتاج فيها التطبيق إلى فهم تفاصيل تطبيق الجهاز).

إدارة الموارد

الجوانب الرئيسية اللازمة في إدارة الموارد هي تعريف مجال التطبيق (مساحة العنوان) وآلية الحماية المستخدمة للتوسط في الوصول إلى الموارد داخل المجال. توفر الأنوية أيضًا طرقًا للمزامنة والاتصال بين عمليات (IPC). قد تكون هذه التطبيقات داخل النواة نفسها أويمكن حتى تعتمد النواة أيضًا على العمليات الأخرى التي يعمل بها. على الرغم من أنه يجب حتى توفر النواة اتصالًا بين العمليات من أجل توفير الوصول إلى التسهيلات المقدمة من بعضها البعض ، يجب حتى توفر النواة أيضًا البرامج قيد التشغيل مع وسيلة لتقديم طلبات للوصول إلى هذه المرافق.

إدارة الذاكرة

تتمتع النواة بالوصول الكامل إلى ذاكرة النظام ويجب حتى يسمح للعمليات بالوصول إلى هذه الذاكرة بأمان حسب حاجتها. غالبًا ما تكون المستوى الأولى في القيام بذلك هي العنونة افتراضية ، يتم تحقيقها عادةً عن طريق الترحيل و/ أوالتجزئة. يسمح العنوان الافتراضي للنواة بعمل عنوان عملي معين ليكوّن عنوانًا آخر ، وهوالعنوان الافتراضي. قد تختلف مساحات العنوان الافتراضية للعمليات المتنوعة؛ قد تكون الذاكرة التي تصل إليها إحدى العمليات في عنوان (افتراضي) معين هي ذاكرة مختلفة عما تصل إليه عملية أخرى على نفس العنوان. هذا يسمح لكل برنامج بالتصرف كما لوكان البرنامج الوحيد (بصرف النظر عن النواة) الذي يعمل وبالتالي يمنع التطبيقات من حتى تعطل بعضها البعض.

في الكثير من الأنظمة ، قد يشير العنوان الظاهري للبرنامج إلى البيانات غير الموجودة حاليًا في الذاكرة. تسمح طبقة الاتصال غير المباشر التي توفرها العنونة الافتراضية لنظام التشغيل باستخدام مخازن البيانات الأخرى ، مثل محرك الأقراص الصلبة، لتخزين ما كان يجب حتى يبقى في الذاكرة الرئيسية العشوائية (RAM). نتيجة لذلك ، يمكن لأنظمة التشغيل حتى تسمح للبرامج باستخدام ذاكرة أكبر من النظام المتاح عمليًا. عندما يحتاج البرنامج إلى بيانات غير موجودة حاليًا في ذاكرة الوصول العشوائي ، تشير وحدة المعالجة المركزية إلى النواة بحدوث ذلك ، وتستجيب النواة عن طريق كتابة محتويات الذاكرة الغير نشطة إلى القرص (عند الضرورة) واستبدالها بالبيانات المطلوبة بواسطة البرنامج. يمكن بعد ذلك استئناف البرنامج من النقطة التي تم إيقافه فيها. يُعهد هذا المخطط عمومًا باسم ترحيل صفحات الطلب. تتيح المعالجة الافتراضية أيضًا إنشاء أقسام افتراضية من الذاكرة في منطقتين منفصلتين ، أحدهما مخصص للنواة (مساحة النواة) والآخر للتطبيقات (مساحة المستخدم). لا يسمح المعالج بمعالجة التطبيقات في ذاكرة النواة ، وبالتالي منع أي تطبيق من إتلاف النواة المشغّلة. ساهم هذا القسم الأساسي من مساحة الذاكرة كثيرًا في التصميمات الحالية لنواة الأغراض العامة العملية ويكادقد يكون عالميًا في مثل هذه الأنظمة، على الرغم من حتى بعض الأنوية البحثية (مثل Singularity) تتبع منهجية أخرى.

إدارة الجهاز

لأداء وظائف مفيدة، والعمليات بحاجة الوصول إلى الأجهزة الطرفية المتصلة بجهاز الكمبيوتر، والتي تسيطر عليها النواة من خلال برامج تشغيل الجهاز. برنامج تشغيل الجهاز هوبرنامج الكمبيوتر الذي يتيح نظام التشغيل للتفاعل مع الجهاز. ويوفر نظام التشغيل مع

استنادىءات النظام

في الحوسبة، واستنادىء نظام هوكيف من الممكن أن يطلب برنامج خدمة من نواة نظام التشغيل التي ليس لديها عادة الإذن لتشغيل. استنادىءات النظام توفر قابلة بين عملية ونظام التشغيل. معظم عمليات التفاعل مع النظام تتطلب أذونات غير متوفرة لعملية مستوى المستخدم، على سبيل I / O مثال يؤديها مع هدية جهاز على النظام، أوأي شكل من أشكال الاتصال مع العمليات الأخرى يحتاج استخدام استنادىءات النظام

دعوة النظام هي الآلية التي يتم استخدامها من قبل تطبيق البرنامج لطلب الخدمة من نظام التشغيل. أنها تستخدم تعليمات الجهاز رمز التي تسبب المعالج لتغيير الوضع. على سبيل المثال سيكون من وضع المشرف على الوضع المحمي. هذا هوالمكان الذي ينفذ نظام التشغيل الإجراءات مثل الحصول على الأجهزة أووحدة إدارة الذاكرة. عموما يوفر نظام التشغيل المخطة التي تقع بين نظام التشغيل والبرامج العادية. وعادة ما هي مخطة C مثل سي العمومية أوWindows API. تتولى المخطة والتفاصيل ذات المستوى المنخفض من تمرير معلومات إلى النواة والتحول إلى وضع المشرف. بما في ذلك مكالمات نظام قريب، وفتح، قراءة، الانتظار والكتابة.

لأداء عملا بعمل مفيد، يجب حتى تكون عملية قادرة على الوصول إلى الخدمات التي تقدمها النواة. ويتم تطبيق هذا بشكل مختلف من قبل جميع نواة، ولكن معظم توفير مخطة. C أوAPI، والذي بدوره باستنادىء وظائف النواة ذات الصلة

طريقة الاحتجاج على وظيفة النواة يختلف من النواة إلى النواة. إذا العزلة الذاكرة قيد الاستخدام، فإنه من المحال على أي عملية المستخدم لاستنادىء النواة مباشرة، لأن ذلك من شأنه حتى يشكل انتهاكا لقواعد مراقبة الدخول المعالج. وهناك عدد قليل الاحتمالات هي:

باستخدام المقاطعة-محاكاة البرمجيات. هذا الأسلوب هومتاح في معظم الأجهزة، وبالتالي فهورائج جدا. باستخدام بوابة المكالمة. بوابة المكالمة عنوان خاص تخزينها من قبل النواة في قائمة في الذاكرة النواة في مكان معروف إلى المعالج. عندما يكتشف المعالج دعوة إلى هذا العنوان، فإنه بدلا الموجهات إلى المسقط المستهدف دون التسبب في حدوث انتهاك وصول. وهذا يحتاج دعم الأجهزة، ولكن الأجهزة لذلك هوأمر رائج جدا. استخدام خاص تعليمة استنادىء النظام. وتتطلب هذه التقنية دعم الأجهزة الخاصة، والتي أبنية المشهجرة (لا سيما x86) وقد تفتقر. تم إضافة تعليمات دعوة النظام إلى النماذج الحديثة من معالجات x86، ومع ذلك، وبعض أنظمة التشغيل لأجهزة الكمبيوتر الاستفادة منها عندما تكون متاحة. باستخدام طابور القائم على الذاكرة. تطبيق يجعل أعدادا كبيرة من الطلبات ولكن لا بحاجة إلى الانتظار لنتيجة جميع إضافة تفاصيل الطلبات إلى المنطقة من الذاكرة حتى النواة بفحص دوري للعثور على الطلبات.

الموضوع الرئيسي : دعوة النظم

في الحوسبة، واستنادىء نظام هوكيف من الممكن أن يطلب برنامج خدمة من نواة نظام التشغيل التي ليس لديها عادة الإذن لتشغيل. استنادىءات النظام توفر قابلة بين عملية ونظام التشغيل. معظم عمليات التفاعل مع النظام تتطلب أذونات غير متوفرة لعملية مستوى المستخدم، على سبيل يؤديها مع هدية جهاز على النظام، أوأي شكل من أشكال الاتصال مع العمليات الأخرى يحتاج استخدام استنادىءات النظام استنادىء النظام هي الآلية التي يتم استخدامها من قبل تطبيق البرنامج لطلب الخدمة من نظام التشغيل. أنها تستخدم تعليمات الجهاز رمز التي تسبب المعالج لتغيير الوضع. على سبيل المثال سيكون من وضع المشرف على الوضع المحمي. هذا هوالمكان الذي ينفذ نظام التشغيل الإجراءات مثل الحصول على الأجهزة أووحدة إدارة الذاكرة. عموما يوفر نظام التشغيل المخطة التي تقع بين نظام التشغيل والبرامج العادية. وعادة ما هي مخطة C مثل سي العمومية أوWindows API. تتولى المخطة والتفاصيل ذات المستوى المنخفض من تمرير معلومات إلى النواة والتحول إلى وضع المشرف. بما في ذلك مكالمات نظام قريب، وفتح، قراءة، الانتظار والكتابة.

لأداء عملا بعمل مفيد، يجب حتى تكون عملية قادرة على الوصول إلى الخدمات التي تقدمها النواة. ويتم تطبيق هذا بشكل مختلف من قبل جميع نواة، ولكن معظم توفير مخطة. C أوAPI، والذي بدوره باستنادىء وظائف النواة ذات الصلة

طريقة الاحتجاج على وظيفة النواة يختلف من النواة إلى النواة. إذا العزلة الذاكرة قيد الاستخدام، فإنه من المحال على أي عملية المستخدم لاستنادىء النواة مباشرة، لأن ذلك من شأنه حتى يشكل انتهاكا لقواعد مراقبة الدخول المعالج. وهناك عدد قليل الاحتمالات هي:

باستخدام المقاطعة-محاكاة البرمجيات. هذا الأسلوب هومتاح في معظم الأجهزة، وبالتالي فهورائج جدا. باستخدام بوابة المكالمة. بوابة المكالمة عنوان خاص تخزينها من قبل النواة في قائمة في الذاكرة النواة في مكان معروف إلى المعالج. عندما يكتشف المعالج دعوة إلى هذا العنوان، فإنه بدلا الموجهات إلى المسقط المستهدف دون التسبب في حدوث انتهاك وصول. وهذا يحتاج دعم الأجهزة، ولكن الأجهزة لذلك هوأمر رائج جدا. استخدام خاص تعليمة استنادىء النظام. وتتطلب هذه التقنية دعم الأجهزة الخاصة، والتي أبنية المشهجرة (لا سيما x86) وقد تفتقر. تم إضافة تعليمات دعوة النظام إلى النماذج الحديثة من معالجات x86، ومع ذلك، وبعض أنظمة التشغيل لأجهزة الكمبيوتر الاستفادة منها عندما تكون متاحة. باستخدام طابور القائم على الذاكرة. تطبيق يجعل أعدادا كبيرة من الطلبات ولكن لا بحاجة إلى الانتظار لنتيجة جميع إضافة تفاصيل الطلبات إلى المنطقة من الذاكرة حتى النواة بفحص دوري للعثور على الطلبات

قرارات تصميم النواة (kernel)

قضايا دعم نواة لحماية أحد الاعتبارات الهامة في تصميم نواة هوالدعم الذي يقدمه للحماية من أخطاء (التسامح مع الخطأ) ومن السلوكيات الخبيثة (الأمن). هذين الجانبين هي عادة ليست مميزة بشكل واضح، واعتماد هذا التمييز في تصميم النواة يؤدي إلى رفض بنية هرمية للحماية. آليات أوسياسات التي تقدمها نواة يمكن تصنيفها وفقا لعدة معايير، منها: ثابت (القسري في وقت الترجمة) أوديناميكية (القسري في وقت التشغيل)؛ وقائية أوبعد الكشف؛ وفقا لمبادئ الحماية التي ترضي (على سبيل المثال دينينغ)؛ سواء كانت الأجهزة المعتمدة أولغة تستند؛ سواء كانوا من أكثر آلية مفتوحة أوسياسة ملزمة؛ وغيرها الكثير. وعادة ما يتم توفير الدعم لمجالات حماية الهرمية باستخدام وسائط وحدة المعالجة المركزية. توفر الكثير من حبات تطبيق "قدرات"، أي الكائنات التي يتم توفيرها لرمز المستخدم التي تتيح الوصول المحدود إلى كائن الأساسي تدار من قبل النواة. يحدث الأمثلة الشائعة في التعامل مع الملف: ملف هوتمثيل المعلومات المخزنة على جهاز التخزين الدائم. نواة قد تكون قادرة على تطبيق الكثير من العمليات المتنوعة (مثل القراءة والكتابة، حذف أوتطبيق مضمون الملف) يجوز السماح لكن تطبيق مستوى المستخدم فقط لتطبيق بعض هذه العمليات (على سبيل المثال أنه لا يجوز السماح لقراءة الملف) . تطبيق شيوعا لهذا هونواة لتوفير كائن إلى التطبيق (وتسمى عادة "التعامل مع ملف") والتي قد التطبيق ثم استنادىء العمليات على، صحة التي الشيكات النواة في وقت طلبت فيه العملية. ويجوز تمديد هذا النظام لتغطية كافة الكائنات التي تدير النواة، والواقع على الكائنات التي توفرها تطبيقات المستخدم الأخرى. وسيلة فعالة وبسيطة لتقديم الدعم الأجهزة من قدرات هوتفويض MMU مسؤولية التحقق من وصول الحقوق لكل ذاكرة الوصول، آلية تسمى معالجة القائمة على القدرة. وتفتقر معظم أبنية الكمبيوتر التجارية دعم هذا MMU لقدرات

نهج بديل هومحاكاة قدرات باستخدام المجالات الهرمية بدعم عادة. في هذا النهج، يجب حتى يتواجد جميع كائن المحمية في مساحة عنوان التطبيق لا يستطيعون الوصول إلى؛ يحافظ على النواة أيضا قائمة من قدرات في هذه الذاكرة. عندما يحتاج تطبيق للوصول إلى كائن يحميها القدرة، فإنه يؤدي استنادىء نظام ونواة ثم يتحقق ما إذا كانت القدرة على التطبيق, يمنح ذلك الإذن لتطبيق الإجراء المطلوب، واذا جاز لها بتطبيق حصول عليه (سواء بشكل مباشر، أوعن طريق تفويض الطلب إلى عملية أخرى على مستوى المستخدم). تكلفة أداء التبديل مساحة العنوان يحد من التطبيق العملي لهذا النهج في النظم مع التفاعلات المعقدة بين الكائنات، ولكن يتم استخدامه في أنظمة التشغيل الحالية للكائنات التي لا يتم الوصول إليها بشكل متكرر أوالتي لا يتسقط حتى تؤدي بسرعة. النهج حيث آلية الحماية لا البرامج الثابتة دعم ولكن بدلا من ذلك محاكاة على مستويات أعلى (مثل محاكاة القدرات عن طريق التلاعب جداول صفحة على الأجهزة التي ليس لديها الدعم المباشر)، ممكنة، ولكن هناك آثار الأداء.عدم وجود دعم الأجهزة قد لاقد يكون مشكلة، ولكن، للأنظمة التي تتخذ استخدام الحماية القائمة على اللغة قرار هام تصميم النواة هواختيار مستويات التجريد حيث ينبغي تطبيق الآليات والسياسات الأمنية. آليات الأمن نواة تلعب دورا حاسما في دعم الأمن في المستويات العليا. نهج واحد هواستخدام البرامج الثابتة ونواة دعم التسامح مع الخطأ (انظر أعلاه)، وبناء على السياسة الأمنية لسلوك ضار على رأس ذلك (ميزات مضيفا مثل آليات التشفير عند الضرورة)، وتفويض بعض المسؤولية إلى مترجم. النهج حتى إنفاذ مندوب السياسة الأمنية للمترجم و/ أومستوى التطبيق غالبا ما تسمى الأمنية القائمة على اللغة

عدم وجود الكثير من الآليات الأمنية الحساسة في أنظمة التشغيل الرئيسية الحالية يعوق تطبيق السياسات الأمنية الكافية على مستوى التجريد التطبيق.في الواقع، وهومفهوم خاطئ رائج في أمن الكمبيوتر هوحتى أي سياسة أمنية يمكن تطبيقها في تطبيق بغض النظر عن دعم النواة.

حماية أوالقائم على لغة حماية الأجهزة القائمة على قواعد القسري الأجهزة أنظمة الكمبيوتر نموذجية تستخدم حتى اليوم حول ما يسمح البرامج للوصول إلى ما هي البيانات. المعالج يراقب التطبيق وتوقف البرنامج الذي يخالف قاعدة (على سبيل المثال، عملية المستخدم الذي هوعلى وشك القراءة أوالكتابة إلى نواة الذاكرة، وهلم جرا). في النظم التي تفتقر إلى دعم قدرات، يتم عزل العمليات عن بعضها البعض باستخدام مساحات العناوين منفصلة. يدعومن عمليات المستخدم في نواة تنظمها تتطلب منهم استخدام إحدى الطرق استنادىء نظام المذكورة أعلاه. نهج بديل هواستخدام الحماية القائمة على اللغة. في نظام الحماية القائم على اللغة، فإن نواة تسمح فقط متاحة لتطبيق التي تم إنتاجها من قبل مترجم لغة موثوق به. قد ثم اللغة حتى تصمم بحيث بات من المحال بالنسبة للمبرمج لإرشاد حتى تعمل شيئا من شأنها حتى تنتهك المتطلبات الأمنية.

مزايا هذا النهج ما يلي: لا حاجة لمساحات العناوين منفصلة. التبديل بين مساحات العناوين هي عملية بطيئة التي تسبب قدرا كبيرا من النفقات العامة، ويتم تطبيق الكثير من العمل الأمثل في الوقت الراهن من أجل منع مفاتيح لا لزوم لها في أنظمة التشغيل الحالية. التبديل غير ضروري تماما في نظام الحماية القائم على اللغة، وكل رمز يمكن حتى تعمل بأمان في نفس مساحة العنوان. المرونة. أي مخطط الحماية التي يمكن حتى تكون مصممة لأعرب عن طريق لغة برمجة يمكن تطبيقها باستخدام هذا الأسلوب. تغييرات بالنسبة لبرنامج حماية (على سبيل المثال من نظام هرمي لواحدة على أساس القدرة) الأجهزة الجديدة لا تتطلب.

وتضم العيوب: تطبيق أطول وقت البدء. يجب التحقق من التطبيقات عند البدء فيها للتأكد من أنها تم تجميعها من قبل المجمع السليم، أوقد بحاجة اعادة تجميع إما من المصدر أومن بايت كود. نظم نوع غير مرنة. على النظم التقليدية، والتطبيقات بشكل متكرر تطبيق عمليات التي لا اخط آمنة. ولا يمكن السماح بمثل هذه العمليات في نظام الحماية القائم على اللغة، مما يعني أنه قد بحاجة التطبيقات إلى إعادة صياغة، ويمكن، في بعض الحالات، تفقد الأداء.

التعاون العملية

ثبت إدسجير ديكسترا التي من وجهة نظر منطقية للعرض، قفل الذري وتأمين عمليات تعمل على الإشارات الثنائية والأوليات كافية للتعبير عن أي وظيفة للتعاون العملية.ولكن هذا النهج ومن المسلم به عموما حتى هناك نقصا من حيث السلامة والكفاءة، في حين حتى نهج رسالة يمر أكثر مرونة. وهناك عدد من المناهج الأخرى (سواء ذات الدخول المتدنية أومستوى أعلى) متوفرة أيضا، مع الكثير من حبات الحديثة بتوفير الدعم لأنظمة مثل الذاكرة المشهجرة واستنادىء الإجراء البعيد.

== إدارة الأجهزة 0/1 ==فكرة نواة حيث I / O يتم التعامل مع الأجهزة بشكل موحد مع العمليات الأخرى، وعمليات التشغيل المشهجر موازية، واقترحت ونفذت من قبل BRINCH هانسن أولا (على الرغم من واقترحت أفكار مماثلة في عام 1967). في وصف هانسن من هذا، وتسمى عمليات "مشهجرة" العمليات الداخلية، في حين نادى الأجهزة . I / O العمليات الخارجية

مماثلة إلى الذاكرة العملية، مما يسمح للتطبيقات الوصول المباشر إلى الموانئ تحكم والسجلات يمكن حتى يسبب وحدة تحكم لعطل، أونظام لتحطم الطائرة. مع هذا، اعتمادا على تعقيد الجهاز، ويمكن الحصول على بعض الأجهزة المعقدة المدهش حتى البرنامج، واستخدام الكثير من وحدات تحكم مختلفة. وبسبب هذا، وتوفير قابلة أكثر تجريدا لإدارة الجهاز المهم. ويتم ذلك عادة عن طريق قابلة برنامج تشغيل الجهاز أوطبقة تجريد الأجهزة. في كثير من الأحيان، وتطبيقات تتطلب الوصول إلى هذه الأجهزة. النواة يجب الحفاظ على قائمة من هذه الأجهزة عن طريق الاستعلام عن النظام بالنسبة لهم بطريقة أوبأخرى. ويمكن حتى يتم ذلك من خلال BIOS، أومن خلال واحدة من الكثير من الحافلات النظام (مثل PCI / PCIE، أوUSB). عندما يطلب أحد تطبيقات عملية على الجهاز (مثل عرض الحرف)، ونواة بحاجة إلى إرسال هذا الطلب إلى برنامج تشغيل الصوت والصورة النشط الحالي. برنامج تشغيل الصوت والصورة، في اللقاء، يحتاج لتطبيق هذا الطلب. هذا مثال من الاتصالات عملية مشهجرة.

نهج التصميم واسعة النواة

وبطبيعة الحال، يمكن تقديم المهام المذكورة أعلاه والميزات في الكثير من الطرق التي تختلف عن بعضها البعض في التصميم والتطبيق

مبدأ الفصل بين الآلية والسياسة هوالفرق الكبير بين فلسفة حبات صغيرة ومتجانسة.هنا الآلية هي الدعم الذي يتيح تطبيق الكثير من السياسات المتنوعة، في حين حتى السياسة هي على وجه الخصوص "واسطة من العملية ". على سبيل المثال، قد توفر آلية للمستخدم محاولات سجل في لدعوة خادم ترخيص لتحديد ما إذا كان ينبغي منح الوصول. سياسة قد يحدث لخادم ترخيص لطلب حدثة المرور والتحقق من ذلك على حدثة مرور مشفرة تخزينها في قاعدة البيانات. لأن الآلية هي عامة، يمكن بسهولة أكبر تغيير السياسة (على سبيل المثال عن طريق اشتراط استخدام رمز الأمان) مما لوتم دمج آلية والسياسة في نفس الوحدة.

في الحد الأدنى النوية مدرجة فقط بعض السياسات الأساسية جدا، وآلياته يسمح ما يعمل على رأس النواة (الجزء المتبقي من نظام التشغيل والتطبيقات الأخرى) حتى تقرر السياسات التي ستعتمدها (مثل إدارة الذاكرة، جدولة مستوى عال عملية، وإدارة نظام الملفات، الخ.). نواة متجانسة بدلا يميل لتضم الكثير من السياسات، وبالتالي تقييد بقية نظام الاعتماد عليها.

قدمت في BRINCH هانسن الحجج لصالح الانفصال آلية وسياسة. وعدم الوفاء سليم هذا الفصل هوواحد من الأسباب الرئيسية لعدم وجود الابتكار كبير في أنظمة التشغيل الحالية، معضلة شائعة في هندسة الكمبيوتروبعمل تصميم متجانسة من "وضع نواة" / "وضع المستخدم" النهج المعماري لحماية (وتسمى تقنيا مجالات حماية الهرمية)، وهوأمر رائج في النظم التجارية التقليدية؛. في الواقع، لذلك يفضل حتى تضمن جميع وحدة المحتاجين إلى الحماية في النواة وهذا الارتباط بين تصميم متجانسة و"وضع متميز" يمكن reconducted إلى القضية الرئيسية الانفصال آلية السياسات؛. في الواقع " وضع متميز "النهج المعماري يذوب معا آلية الحماية مع السياسات الأمنية، في حين حتى النهج المعماري بديل رئيسي، على أساس القدرة تتناول، يميز بوضوح بين البلدين، مما يؤدي بطبيعة الحال إلى تصميم النوية (انظر الفصل بين الحماية والأمن). في حين حبات متجانسة تطبيق كافة التعليمات البرمجية الخاصة بهم في نفس مساحة العنوان (مساحة النواة) تصميم النوية microkernel محاولة تشغيل معظم خدماتها في الفضاء المستخدم، تهدف إلى تحسين الصيانة ونمطية من مصدر برنامج. معظم حبات لا تناسب تماما في واحد من هذه الفئات، ولكن بدلا جدت بين هذه التصاميم اثنين. وتسمى هذه الحبوب المختلطة. تصاميم أكثر غرابة مثل nanokernels وexokernels المتاحة، ولكن نادرا ما تستخدم في نظم الإنتاج. وهبرفيسر كسين، على سبيل المثال، هوexokernel

حبات متجانسة

الموضوع الرئيسي : نواة متألف

تخطيطي لنواة متجانسة في نواة متجانسة، كافة الخدمات OS تعمل جنبا إلى جنب مع موضوع نواة الرئيسي، وبالتالي يقيم أيضا في منطقة الذاكرة نفسها. ويوفر هذا النهج وصول الأجهزة الأغنياء والأقوياء. بعض المطورين، مثل UNIX المطور كين تومسون، والحفاظ على أنه "من الأسهل لتطبيق نواة متجانسة" من تصميم النوية microkernel. أبرز عيوب حبات متجانسة هي تبعيات بين مكونات النظام - خلل في تشغيل الجهاز قد تعطل النظام بأكمله - وحقيقة حتى حبات كبيرة يمكن حتى يصبح من الصعب جدا الحفاظ عليها.

حبات متجانسة، التي جرت العادة على استخدامها من قبل أنظمة التشغيل يونكس مثل، تحتوي على جميع المهام الأساسية نظام التشغيل وبرامج تشغيل الجهاز (البرامج الصغيرة التي تسمح لنظام التشغيل للتفاعل مع الأجهزة، مثل محركات الأقراص، بطاقات الصوت والصورة والطابعات) . هذا هوالتصميم التقليدي للأنظمة UNIX. نواة متجانسة هوبرنامج واحد يحتوي على كافة التعليمات البرمجية الضرورية لأداء جميع مهمة نواة ذات الصلة. جميع جزء التي سيتم الوصول إليها من قبل معظم البرامج التي لا يمكن وضعها في مخطة في الفضاء نواة: برامج تشغيل الأجهزة، جدولة، والتعامل مع الذاكرة، أنظمة الملفات، مداخن الشبكة. وتقدم الكثير من المكالمات النظام إلى التطبيقات، لتمكينهم من الوصول إلى جميع تلك الخدمات. نواة متجانسة، في حين حملت في البداية مع النظم الفرعية التي قد لا تكون هناك حاجة، يمكن ضبطها لنقطة حيث أنه بأسرع أوأسرع من تلك التي تم تصميمها خصيصا للأجهزة، على الرغم من حتى أكثر بالمعنى العام. حبات متجانسة الحديثة، مثل تلك التي لينكس وفري، وكلاهما يقع في فئة أنظمة التشغيل يونكس مثل، ميزة القدرة على تحميل وحدات في وقت التشغيل، مما يتيح تمديد سهل من قدرات نواة كما هومطلوب، بينما يساعد على تقليل كمية من التعليمات البرمجية يعمل في الفضاء النواة. في نواة متجانسة، بعض المزايا تتوقف على هذه النقاط:

لأنه ليس هناك أقل البرامج المعنية وهوأسرع. كما هوبترة واحدة من البرمجيات يجب حتى تكون أصغر في جميع من المصدر والشكل المترجمة. أقل كود يعني عموما أقل الأخطاء التي يمكن حتى تترجم إلى مشاكل أمنية أقل. ويتم معظم العمل في نواة متجانسة عبر استنادىءات النظام. هذه هي قابلات، وأبقى عادة في بنية جدولي، حتى الوصول إلى بعض الفرعي داخل النواة مثل عمليات القرص. أساسا يتم إجراء المكالمات داخل البرامج ويتم تمرير نسخة فحص الطلب من خلال استنادىء نظام. وبالتالي، ليست بعيدة من السفر على الإطلاق. ويمكن إجراء نواة لينكس متجانسة صغيرة للغاية ليس فقط بسبب قدرته على تحميل وحدات حيوي ولكن أيضا بسبب سهولة التخصيص. في الواقع، هناك بعض الإصدارات التي هي صغيرة بما يكفي لتناسب مع عدد كبير من المرافق وغيرها من البرامج على قرص مرن واحد والتي لا تزال توفر نظام التشغيل وظيفية بالكامل (واحدة من أكثر شعبية منها )muLinux). وقد أدت هذه القدرة على تصغير نواة لها أيضا إلى النموالسريع في استخدام لينكس في النظم المضمنة

هذه الأنواع من الحبوب تتكون من المهام الأساسية لنظام التشغيل وبرامج تشغيل الأجهزة مع القدرة على تحميل وحدات في وقت التشغيل. أنها توفر التجريدية الغنية والقوية من الأجهزة الأساسية. أنها توفر مجموعة صغيرة من التجريد الأجهزة بسيطة واستخدام التطبيقات ونادى الملقمات لتوفير المزيد من الوظائف. هذا نهج معين يحدد قابلة افتراضية رفيع المستوى على الأجهزة، مع مجموعة من نظام يدعوإلى تطبيق خدمات نظام التشغيل مثل إدارة العمليات، والتزامن وإدارة الذاكرة في عدة وحدات التي يتم تشغيلها في وضع المشرف. هذا التصميم لديها الكثير من العيوب والقيود:

الترميز في نواة يمكن حتىقد يكون تحديا، وذلك جزئيا بسبب واحد لا يمكن استعمال المخطات المشهجرة LIBC (كامل المواصفات)، ولأن واحد يحتاج إلى استخدام مصحح أخطاء على مستوى مصدر مثل جدب. إعادة تشغيل الكمبيوتر في كثير من الأحيان هومطلوب. هذه ليست مجرد معضلة الراحة للمطورين. عند التسليم هوأصعب، وعندما تصبح الصعوبات أقوى، يصبح أكثر عرضة هذا الرمز سيكون "buggier" الخلل في جزء واحد من نواة لها آثار جانبية قوية. لأن جميع وظيفة في نواة لديه جميع الامتيازات وخلل في وظيفة واحدة يمكن بنية البيانات فاسد آخر، تماما جزءا لا علاقة للنواة، أومن أي برنامج تشغيل. حبات غالبا ما تصبح كبيرة جدا ويصعب الحفاظ عليها. حتى لوكانت وحدات خدمة هذه العمليات منفصلة عن العموم، فإن التكامل متاحة ضيق ويصعب القيام به بشكل سليم. منذ حدات تشغيل في مساحة العنوان نفسه، يمكن خلل اسقاط النظام بأكمله

تصميم النوية (kernel)

الموضوع الرئيسي عن النوية

النوية هومصطلح يصف نهجا لتصميم نظام التشغيل الذي يتم نقل وظائف النظام للخروج من "نواة" التقليدية، إلى مجموعة من "الخوادم" حتى التواصل من خلال "الحد الأدنى" النواة ، وهجر أقل قدر ممكن في "الفضاء نظام" وبقدر الإمكان في "الفضاء المستخدم". النوية التي تم تصميمها لمنصة أوجهاز محددة من أي وقت مضى فقط ستكون لدينا ما يحتاجه للعمل. يتكون النهج النوية تحديد تجريد سهل على الأجهزة، مع مجموعة من الأوليات أونظام يدعوإلى تطبيق خدمات OS الحد الأدنى مثل إدارة الذاكرة، تعدد المهام، والاتصالات بين العملية. غيرها من الخدمات، بما في ذلك تلك التي تقدم عادة من نواة، مثل الربط الشبكي، ويتم تطبيقها في برامج المستخدم في الفضاء، ويشار إلى الخوادم. تصميم النوية microkernel هي أسهل من الحفاظ على حبات متجانسة، ولكن قد تبطئ عدد كبير من المكالمات النظام ومفاتيح السياق أسفل النظام لأنهم عادة ما تولد الحمل أكثر من المكالمات وظيفة مدنية.

فقط الأجزاء التي تتطلب حقا حتى تكون في وضع متميز وجودها في الفضاء نواة: IPC (الاتصال بين العمليات)، جدولة بسيطة، أوجدولة الأوليات، والتعامل مع الذاكرة الأساسية، البدائيون / O الأساسية I. والكثير من الأجزاء الهامة الجارية الآن في الفضاء المستخدم: جدولة كاملة، والتعامل مع الذاكرة، أنظمة الملفات، وأكوام الشبكة. اخترعت حبات الصغيرة كرد عمل على التقليدي "متجانسة" تصميم النواة، حيث تم وضع جميع وظائف النظام في البرنامج تشغيل ثابت واحد في وضع خاص "النظام" من المعالج. في النوية، يتم تطبيق سوى أبسط المهام مثل حتى تكون قادرة على الوصول إلى بعض (وليس بالضرورة كل) من الأجهزة، وإدارة الذاكرة وتنسيق رسالة يمر بين العمليات. بعض الأنظمة التي تستخدم حبات صغيرة هي QNX وHURD. في حالة جلسات عمل المستخدم QNX وهيرد يمكن حتى تكون لقطات كاملة من النظام نفسه أووجهات النظر كما يشار إليها. جوهر العمارة النوية يوضح بعض من مزاياه:

صيانة أسهل عموما. ويمكن اختبار بقع في نسخة منفصلة، ثم تبادلت في لتولي مثيل الإنتاج. الوقت اللازم لتطوير سريع وبرمجيات جديدة يمكن اختبارها من دون الحاجة إلى إعادة تشغيل النواة. المزيد من الثبات في عام، إذا كان مثلا أحد يمضى القش الأسلاك، فمن الممكن في كثير من الأحيان إلى استبدالها مرآة التشغيلية. معظم حبات صغيرة تستخدم نظام الرسائل يمر من نوع ما للتعامل مع طلبات من ملقم واحد إلى آخر. ويعمل نظام تمرير الرسائل بشكل عام على أساس الميناء مع النوية. على سبيل المثال، إذا تم إرسال طلب المزيد من الذاكرة، يتم فتح منفذ مع النوية وطلب إرسالها عبر. مرة واحدة في النوية، والمراحل هي مماثلة لدعوات النظام. كان المبرر أنه سيجلب نمطية في بنية النظام، الأمر الذي يترتب عليه نظام أنظف وأسهل لتسليم أوتعديل حيوي، للتخصيص لاحتياجات المستخدمين، والمزيد من الأداء. فهي جزء من أنظمة التشغيل مثل AIX، بيوس، هيرد، ماخ، ماك OS X، MINIX، QNX. الخ وبالرغم من حبات صغيرة صغيرة جدا في حد ذاتها، بالاشتراك مع جميع ما لديهم المطلوبة كود مساعدة هم، في الواقع، في كثير من الأحيان أكبر من حبات متجانسة. نادىة حبات متجانسة ويشير أيضا إلى حتى هيكل ثنائي أنظمة النوية، الذي أكثر من نظام التشغيل لا يتفاعل مباشرة مع الجهاز، ويخلق تكلفة يست تافهة من حيث كفاءة النظام. هذه الأنواع من الحبوب عادة فقط توفير الحد الأدنى من الخدمات مثل تحديد مساحات الذاكرة عنوان والتواصل بين عملية (IPC) وإدارة العملية. وظائف أخرى مثل تشغيل عمليات الأجهزة لا يتم التعامل مباشرة حبات صغيرة. أنصار حبات صغيرة يشيرون إلى تلك حبات متجانسة لديها عيب حتى خطأ في نواة يمكن حتى يتسبب في النظام بأكمله إلى تحطم الطائرة. ومع ذلك، مع النوية، إذا تعطل عملية النواة، فإنه لا يزال من الممكن منع انهيار النظام ككل بمجرد إعادة تشغيل الخدمة التي تسببت في الخطأ.

يتم تطبيق الخدمات الأخرى التي تقدمها النواة مثل الشبكات في برامج المستخدم في الفضاء يشار إلى الخوادم. خدمة تسمح للنظام التشغيل لتعديلها ببساطة عن طريق بدء وإيقاف البرامج. للحصول على جهاز بدون دعم الشبكة، على سبيل المثال، لا يتم بدء تشغيل الملقم الشبكات. مهمة يدخلون ويخرجون من نواة لنقل البيانات بين مختلف التطبيقات والخوادم يخلق النفقات العامة التي تضر كفاءة حبات صغيرة بالمقارنة مع حبات متجانسة.

عيوب في النوية ولا توجد إلا. البعضقد يكونون:

أكبر تشغيل الذاكرة البصمة المزيد من البرامج للتفاعل مطلوب، هناك احتمال فقدان الأداء. يمكن الخلل التراسلقد يكون من الصعب اصلاحها بسبب الرحلة الطويلة التي يجب حتى تأخذ لقاء مرة واحدة في نسخة نواة متجانسة. إدارة العملية بشكل عام يمكن حتىقد يكون معقدا جدا. مساوئ لحبات صغيرة هي بالسياق غاية القائمة. وكمثال على ذلك، أنها تعمل بشكل جيد بالنسبة للشبكات الصغيرة غرض واحد (والحرجة) لأنه إذا كان لا بحاجة الكثير من العمليات لتشغيل، ثم يتم تخفيف تعقيدات إدارة العملية بشكل فعال.

النوية تتيح تطبيق الجزء المتبقي من نظام التشغيل كبرنامج التطبيق العادي مكتوبة بلغة رفيعة المستوى، واستخدام أنظمة تشغيل مختلفة على الجزء العلوي من نفس النواة دون تغيير.ومن الممكن أيضا حيوي التبديل بين أنظمة التشغيل وأنقد يكون أكثر من واحد في وقت واحد نشط.

نواة الهجين

تستخدم بذور الهجين في معظم أنظمة التشغيل التجارية مثل Microsoft Windows NT 3.1، NT 3.5، NT 3.51، NT 4.0، 2000، XP، ويندوز فيستا، 7، 8، 8.1 و10. شركة أبل نفسها ماك OS X يستخدم نواة هجين يسمى XNU الذي يقوم على رمز من جامعة كارنيجي ميلون ماخ النواة ونواة متجانسة فري و. وهي تشبه حبات صغيرة، إلا أنها تتضمن بعض رمز إضافي في النواة في الفضاء لحمل مستوى الأداء. هذه حبات تمثل حلا وسطا التي تم تطبيقها من قبل بعض المطورين قبل وقد تبين حتى حبات صغيرة نقية يمكن حتى توفر الأداء العالي. هذه الأنواع من الحبوب هي تمديدات حبات صغيرة مع بعض خصائص حبات متجانسة. على عكس حبات متجانسة، هذه الأنواع من الحبوب غير قادرة على تحميل وحدات في وقت التشغيل من تلقاء نفسها. حبات الهجينة هي حبات صغيرة التي لديها بعض التعليمات البرمجية "غير الاساسيين" في نواة الفضاء من أجل رمز لتشغيل بسرعة أكبر مما لوكان لها حتى تكون في المستخدم الفضاء. حبات الهجين حلا وسطا بين تصاميم متجانسة والنوية. وهذا يعني تشغيل بعض الخدمات (مثل مكدس الشبكة أونظام الملفات) في الفضاء نواة للحد من النفقات العامة أداء النوية التقليدية، ولكن لا يزال قيد كود النواة (مثل برامج تشغيل الجهاز) كما الخوادم في الفضاء المستخدم.

والآن ما لا يقل عن إضافة الكثير من حبات متجانسة تقليديا (إن لم يكن استغلال بنشاط) القدرة حدة. أكثر من المعروف جيدا من هذه الحبوب هي نواة لينكس. نواة حدات أساسا يمكن حتىقد يكون لها أجزاء منه التي تم إنشاؤها في ثنائي النواة الأساسية أوالثنائيات التي يتم تحميلها في الذاكرة عند الطلب. ومن المهم حتى نلاحظ حتى قانون الملوث وحدة نمطية لديها القدرة على زعزعة استقرار نواة التوالي. كثير من الناس تصبح مشوشة حول هذه النقطة عند مناقشة حبات صغيرة. فمن الممكن لكتابة برنامج تشغيل النوية في مساحة ذاكرة منفصلة تماما واختباره قبل "الذهاب" على الهواء مباشرة. عند تحميل حدة النواة، فإنه يصل إلى مساحة الذاكرة الجزء متجانسة من حيث مضيفا إليها ما يحتاج إليه، وبالتالي، وفتح الباب للتلوث ممكن. وهناك عدد قليل من المزايا إلى وحدات (أو) الهجين النواة هي:

الوقت اللازم لتطوير أسرع للسائقين التي يمكن حتى تعمل من داخل الوحدات. ليس التمهيد المطلوب للاختبار (شريطة حتى النواة لا تزعزع). على قدرة الطلب لقاء قضاء وقت اعادة تجميع نواة بأكملها لأشياء مثل برامج تشغيل جديدة أوالأنظمة الفرعية. التكامل أسرع من التكنولوجيا طرف ثالث (ذات الصلة بالتنمية ولكن ذات الصلة في حد ذاته على الرغم من ذلك). وحدات، عموما، والتواصل مع النواة باستخدام قابلة وحدة من نوع ما. وتعميمها قابلة (على الرغم خاص لنظام تشغيل معين) لذلك ليس من الممكن دائما لاستخدام وحدات. غالبا ما تكون برامج تشغيل الأجهزة قد بحاجة مزيدا من المرونة من التي يتيحها الحصول على قابلة وحدة. أساسا، فمن مكالمتين النظام وغالبا ما تكون الشيكات السلامة التي لا تملك إلا حتى يتم ذلك مرة واحدة في نواة متجانسة الآن يمكن القيام به مرتين. بعض من مساوئ النهج وحدات هي: مع المزيد من قابلات بالمرور، وإمكانية زيادة الخلل موجود (وهوما يعني المزيد من الثغرات الأمنية). يمكن الحفاظ على وحداتقد يكون مربكا لبعض المسؤولين عند التعامل مع مشاكل مثل الخلافات الرمز.

مراجع

خطأ لوا في وحدة:Authority_control على السطر 346: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).