Kernel UNIX

Dupa cum se ştie, o parte a programelor de comandă şi control sunt rezidente în RAM alcătuind nucleul sistemului de operare (Kernel) încărcat odată cu pornirea sistemului de calcul.

Nucleul sistemului se operare UNIX este acea parte a programelor de comandă şi control care activează şi controlează alocarea timpului maşină, spaţiul de memorie, canalele de comunicaţie către diverse taskuri executate de utilizator la un moment dat.

Kernel-ul este un program care constituie nucleul central al unui sistem de operare calculator. Acesta are control complet asupra tot ceea ce are loc in sistem. Un nucleu poate fi contrastat cu un shell (cum ar fi bash, csh sau ksh în sistemele de operare Unix-like), care este parte exterioară a unui sistem de operare şi un program care interacţionează cu comenzile utilizatorului. Kernel-ul în sine nu interacţionează direct cu utilizatorul, ci interacţionează cu shell-ul şi alte programe, precum şi cu dispozitivele hardware de pe sistem, inclusiv procesor (numit, de asemenea, unitatea centrală de prelucrare sau CPU), memorie şi hard disc.

1. Structură şi funcţii

Nucleul sistemului de operare este:

• partea rezidentă a SO, care controlează alocarea timpului maşinii, a spaţiului de memorie şi a canalelor de comunicaţie între procesele existente.

• alcătuit din aproximativ 10000 de linii ce constituie codul programului care, în funcţie de sistem, se transformă într-un număr mai mare sau mai mic de cuvinte maşină (sau bytes); dintre acestea, 5 - 10% din totalul codului programelor (Shell, utilitare, KERNEL şi celelalte) este variabil în funcţie de sistemul de calcul şi de setul de utilitare ( Fig 1).

• alcătuit din următoarele programe principale:

- programul supervizor central;

- rutine de serviciu pentru o serie de activitati (scrierea în memorie, gestiunea ceasului sistem, etc).

Principalele funcţii îndeplinite de nucleul sistemului de operare sunt:

- planificarea, coordonarea şi gestionarea execuţiei proceselor;

- furnizarea de servicii de sistem cum sunt: tratarea operaţiilor de intrare/ieşire şi gestiunea fişierelor;

- manipularea operaţiilor dependente de hardware, întreruperile şi funcţiile de sistem;

- gestiunea memoriei.

Primitivele de sistem sunt specifice fiecărui sistem de calcul şi conţin:

- operaţii de intrare/ieşire de bază;

- comutarea execuţiei între procese;

- permiterea sau inhibarea întreruperilor hardware;

- resetarea priorităţilor întreruperilor;

- alte operaţii.

Accesarea primitivelor de sistem se realizează prin apeluri de sistem (system calls) din programe în C sau în limbaj de asamblare.

Fig. 1 – Structura şi arhitectura nucleului UNIX

2. Procese şi stări

Un sistem de calcul poate să lucreze la un moment dat în două moduri:

• utilizator, când execută un program sau proces;

• sistem (Kernel), când execută un cod sistem.

Comutarea între modul utilizator şi KERNEL se realizează prin 3 mecanisme:

• ceasul - care întrerupe orice alt program cu frecvenţa de 60 Hz;

- rutina de ceas permite reevaluarea priorităţilor proceselor şi implicit schimbarea procesului;

- în absenţa altor întreruperi, ceasul realizează divizarea timpului, ceea ce permite ca sistemul să fie împărţit între mai mulţi utilizatori;

• apeluri de sistem, prin care utilizatorul solicită diverse servicii oferite de sistemul de operare; cele care realizează operaţii de intrare/ieşire conducând la suspendarea procesului apelator pe durata transmiterii datelor;

• cereri de serviciu ale perifericelor de intrare/ieşire.

Procesul este un program în execuţie, care conţine imaginile fişierelor executate în memorie (zona de cod, date, stivă) şi resursele din momentul execuţiei (registrii, fişiere deschise). Pentru un program activ, pot exista mai multe procese active- numite instanţe:

- din punct de vedere al procesului, operaţiile nucleului sunt prioritare;

- din punct de vedere al nucleului, procesele sunt structuri de date catalogate.

Execuţia proceselor se face pe doua niveluri:

- utilizator (user) –procesele îşi pot accesa doar propriile zone de cod şi date;

- nucleu (kernel) –procesele îşi pot accesa spaţiul de adresă al nucleului.

Mecanisme de trecere de la:

- user –nucleu – se face prin apeluri sistem;

- nucleu –user – întoarcerea din apelul sistem.