Nhân Linux hoạt động như thế nào? Giải phẫu nhân Linux được giải thích

Nhân Linux giống như một cầu nối cho phép giao tiếp điện toán giữa các ứng dụng và phần cứng và quản lý tài nguyên của hệ thống. Linus Torvalds đã phát triển nhân Linux với C và Assembly và do đó, ông đã thành công trong việc tạo ra một lõi nhẹ và di động được phát hành ra công chúng dưới dạng mã nguồn mở.

Bạn có thể thấy nhân Linux trong nhiều lĩnh vực khác nhau như không gian, máy tính, đồng hồ thông minh, điện thoại di động, người máy và y tế. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi nhân Linux hoạt động như thế nào chưa?

Sử dụng phần cứng trên Linux

Trước hết, nhân Linux kiểm soát phần cứng nào sẽ chạy và theo cách nào khi bạn bật máy tính của mình. Ngoài ra, có thể kiểm soát phần mềm cao cấp nhờ vào giao diện lập trình. Để đưa ra ví dụ về các điều khiển này, bạn có thể xem thông tin về phần cứng được cài đặt trong các khe cắm trên bo mạch chủ của mình và hưởng lợi từ thông tin chi tiết này.

Ngoài ra, giao diện lập trình này cung cấp một lớp trừu tượng. Ví dụ: nếu bạn muốn trò chuyện video với bạn bè, bạn sẽ cần một webcam. Lớp trừu tượng giúp phần mềm bạn sử dụng có thể sử dụng webcam này bất kể kiểu dáng và kiểu dáng của nó. Phần mềm ở đây chỉ có thể sử dụng giao diện tồn tại cho Linux. Nhân Linux chuyển các lệnh gọi hàm của giao diện này thành các lệnh phần cứng thực tế mà webcam cần.

Sử dụng / proc và / sys hệ thống tệp ảo, nhân Linux có thể xuất thông tin chi tiết về phần cứng mà nó phát hiện được. Dưới đây, bạn có thể thấy một số công cụ được sử dụng cho việc này và thiết bị và thẻ nào chúng xuất:

• lspci: Đối với thiết bị PCI
• lsusb: Đối với thiết bị USB
• lspcmcia: Đối với thẻ PCMCIA

Như bạn có thể thấy, bản phân phối Linux trong ảnh chụp màn hình ở trên chạy trên VirtualBox. Tuy nhiên, bạn có cơ hội xem rất nhiều thông tin như bộ điều khiển VGA, USB, cầu nối, và bộ điều khiển SATA.

Bạn cũng có thể sử dụng -v tham số để có được nhiều thông tin chi tiết hơn.

Trong nhân Linux, các ứng dụng thường truy cập thiết bị thông qua các tệp đặc biệt tồn tại trong / dev danh mục. Các tệp đặc biệt này đại diện cho ổ đĩa và các thiết bị vật lý khác. Các tệp như / dev / hda, / dev / sdc, / dev / sdc3, / dev / input / mouse0 và dev / snd / * là các ví dụ về các tệp đặc biệt này.

Quản lý hệ thống tệp Linux

Hệ thống tệp là một trong những thành phần đáng chú ý nhất của nhân Linux. Hệ thống tệp của Linux là một trong những lợi ích lớn nhất của nó. Tất cả các tệp trên hệ thống Linux tập hợp thành một nhánh duy nhất. Do đó, người dùng có thể sử dụng hệ thống phân cấp này để đến những nơi họ mong muốn.

Điểm bắt đầu của hệ thống phân cấp này là thư mục gốc (/). Các thư mục con khác nằm dưới thư mục gốc. Thư mục con được sử dụng nhiều nhất trong / là /Trang Chủ danh mục. Thư mục con này chứa các thư mục con khác và mỗi thư mục có các tệp lưu trữ dữ liệu thực tế.

Ví dụ, bạn có thể nghĩ về một tệp văn bản trên màn hình của mình. Nếu bạn tạo một tệp văn bản có tên helloworld.txt trên máy tính để bàn của bạn, bạn có thể gọi nó là /home/muo/Desktop/helloworld.txt. Ví dụ về / muo ở đây tất nhiên sẽ khác nhau. Vì tên thư mục con này phụ thuộc vào tên người dùng hiện tại của bạn. Với hệ thống đặt tên này, nhân Linux chuyển đổi giữa lưu trữ thực tế và lưu trữ vật lý tồn tại trên đĩa.

Ngoài ra, nhân Linux có thể tích hợp dữ liệu từ một số đĩa. Đây là lúc hệ thống gắn kết phát huy tác dụng. Nó sử dụng một trong các đĩa trong hệ thống gốc và gắn các đĩa khác vào các thư mục hiện có trong hệ thống phân cấp. Các đĩa khác sau đó được đặt dưới các điểm gắn kết. Điều này cho phép người dùng lưu trữ /Trang Chủ thư mục trên đĩa cứng thứ hai cũng chứa các thư mục con khác.

Khi bạn gắn một đĩa vào /Trang Chủ thư mục, bạn có thể truy cập các thư mục này từ các vị trí bình thường. Do đó, các đường dẫn như /home/muo/Desktop/helloworld.txt tiếp tục làm việc.

Bạn có thể thấy các điểm gắn kết giữa các tệp trên hệ thống của mình với findmnt -A yêu cầu.

Với nhiều định dạng hệ thống tệp, bạn có thể lưu trữ dữ liệu trên đĩa. Được biết đến rộng rãi nhất trên Linux là ext2, ext3và ext4 các định dạng hệ thống tệp. Tuy nhiên, có nhiều định dạng hệ thống tệp khác. Trong mọi trường hợp, bạn phải định dạng hệ thống tệp trước khi gắn nó. Bạn có thể sử dụng các lệnh như mkfs.ext3 (mkfs là viết tắt của tạo hệ thống tệp và ext3 là hệ thống tệp) cho điều này.

Các lệnh này chấp nhận đường dẫn tệp thiết bị mà bạn muốn định dạng làm tham số. Đây là một hoạt động phá hoại và bạn nên sử dụng nó một cách thận trọng nếu bạn không muốn xóa hoặc đặt lại hệ thống tệp.

Ngoài ra, còn có các hệ thống tệp mạng như NFS mà nhân Linux sử dụng. NFS là một hệ thống tệp mạng nơi dữ liệu không được lưu trữ trên đĩa cục bộ. Với NFS, dữ liệu đi qua mạng tới một máy chủ lưu trữ dữ liệu. Vì dữ liệu sẽ nằm trên một máy chủ nên người dùng không phải liên tục xử lý nó. Họ cũng có thể sử dụng hệ thống tệp phân cấp truyền thống của Linux như bình thường.

Hoạt động chức năng được chia sẻ

Tất cả các phần mềm trong hệ thống Linux đều có các chức năng chung. Đây là lý do tại sao các chức năng này là trung tâm trong nhân Linux. Ví dụ, khi mở một tệp, bạn chỉ có thể mở bằng tên tệp mà không cần biết tệp đó được lưu trữ vật lý ở đâu và nó sẽ sử dụng những chức năng và hoạt động nào. Tất cả các chức năng này đã có trong nhân.

Bạn có thể lưu trữ tệp của mình trên đĩa cứng, phân chia tệp giữa nhiều đĩa cứng hoặc thậm chí giữ tệp trên máy chủ từ xa. Các chức năng giao tiếp tệp được chia sẻ rất quan trọng trong những trường hợp như vậy. Các ứng dụng trao đổi dữ liệu bất kể dữ liệu được di chuyển như thế nào. Các chức năng giao tiếp được chia sẻ ở đó để thực hiện các trao đổi dữ liệu này. Việc di chuyển này có thể qua mạng không dây hoặc thậm chí là đường dây điện thoại cố định.

Quản lý quy trình trong Linux

Một phiên bản hoạt động của một chương trình hoạt động trên dữ liệu hoặc thông tin trong bộ nhớ được gọi là một quá trình. Nhiệm vụ của nhân Linux là tạo và theo dõi các vùng nhớ này. Kernel cấp phát bộ nhớ cho một chương trình đang chạy và tải mã thực thi vào bộ nhớ từ hệ thống tệp. Ngay sau đó, hạt nhân chạy mã.

Nhân Linux hỗ trợ đa nhiệm. Nó có khả năng chạy nhiều tiến trình cùng một lúc. Tuy nhiên, chỉ có một giao dịch trong bất kỳ khung thời gian nhất định nào. Tuy nhiên, nhân Linux chia thời gian thành nhiều phần nhỏ và kết quả là mỗi thủ tục diễn ra tuần tự.

Bởi vì các phân đoạn thời gian nhỏ này có gia số mili giây, chúng chỉ hoạt động tại các thời điểm cụ thể và không hoạt động trong thời gian còn lại. Công việc của nhân Linux ở đây là tối đa hóa hiệu suất bằng cách chạy nhiều tiến trình cùng một lúc.

Nếu khoảng thời gian quá dài, ứng dụng đang chạy có thể không phản hồi như bạn mong muốn. Nếu khung thời gian quá ngắn, có thể có vấn đề với việc thay đổi nhiệm vụ. Tùy thuộc vào mức độ ưu tiên của quy trình, khoảng thời gian được yêu cầu ở đây sẽ khác nhau. Bạn có thể đã nghe nói về các quy trình có mức độ ưu tiên cao và các quy trình có mức độ ưu tiên thấp trước đây. Đây là một trong những chức năng mà nhân Linux điều khiển.

Lời giải thích này không phải lúc nào cũng đúng. Hạn chế thực sự là chỉ có thể có một quy trình công nhân trên mỗi lõi bộ xử lý tại một thời điểm. Hệ thống đa xử lý cho phép một số quá trình chạy song song. Một hệ thống cơ bản hầu như luôn có hàng tá quy trình đang chạy.

Quyền truy cập trong Linux

Cũng như các hệ điều hành khác, bạn có thể tạo nhiều người dùng trên một hệ thống Linux. Trong những trường hợp như vậy, có một hệ thống quản lý quyền hỗ trợ người dùng cá nhân và nhóm. Đây là nơi quyền của người dùng và tệp phát huy tác dụng.

Nhân Linux quản lý dữ liệu và kiểm tra các quyền cần thiết cho mỗi quá trình. Ví dụ, nếu bạn cố gắng mở một tệp, hạt nhân phải kiểm tra ID tiến trình đối với các quyền truy cập. Nếu hạt nhân kiểm tra và thấy rằng bạn có quyền, nó sẽ mở tệp.

Nhân Linux kiểm soát mọi thứ

Như bạn có thể thấy, hạt nhân Linux giám sát mọi thứ từ bảo mật tệp của bạn đến việc tạo người dùng và tải tệp xuống từ internet. Mọi thứ đều theo một thứ tự nhất định. Mọi người dùng đều có quyền. Nhân Linux quản lý các quy trình và khe thời gian để đạt hiệu suất cao nhất.

Hơn nữa, hệ thống tệp, là một trong những đặc điểm lớn nhất giúp phân biệt nhân Linux với các hệ điều hành khác, rất quan trọng. Linux không phải là một hộp ẩn. Ngược lại, tất cả các tệp và mã nguồn đều có thể truy cập được. Để hiểu rõ hơn về bản chất thực tế và mạnh mẽ của nhân Linux, bạn có thể kiểm tra phân cấp hệ thống thư mục Linux.