Kernel là thành phần chính và giúp hệ điều hành có thể chạy đồng thời nhiều process khác nhau mà không xảy ra tình trạng bị treo, đơ do không đủ tài nguyên. Tương tự, có thể hiểu Linux Kernel là thành phần quan trọng nhất của hệ điều hành Linux đóng vai trò là giao diện chính giữa phần cứng của máy tính và các chức năng của hệ điều hành.
Linux Kernel là nền tảng "cốt lõi" của các bản phân phối, hệ điều hành dựa trên Linux, được phát triển bởi Linus Torvalds vào năm 1991. Bản chất Linux Kernel là phần mềm mã nguồn mở, miễn phí và được sử dụng rộng rãi bởi các nhà phát triển trên thế giới.
Về mặt kiến trúc, Linux Kernel là kiến trúc "nguyên khối" (monolithic) - hệ điều hành hoạt động hoàn toàn trong không gian kernel. Khác với kiến trúc microkernel, kernel chỉ định nghĩa và kiểm soát cách hệ điều hành giao tiếp với phần cứng máy tính.
Ngoài ra không giống các kernel nguyên khối tiêu chuẩn khác, Linux Kernel cũng có sẵn dưới dạng module, chấp nhận các LKM (Linux Kernel Module) hoạt động như driver thiết bị. Các LKM có thể được viết, duy trì và phân phối bởi các nhà sản xuất thiết bị hoặc các nhà phát triển, và có thể tải hoặc gỡ khỏi hệ thống mà không cần khởi động lại hay biên dịch lại kernel.
Linux Kernel hỗ trợ đa nhiệm phủ đầu, bộ nhớ ảo, thư viện chia sẻ, quản lý bộ nhớ ở cấp hệ thống, phân luồng và các tính năng hệ điều hành hiện đại khác. Trình biên dịch mặc định của Linux Kernel là GCC.
Linux Kernel quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống Linux, từ lập lịch cho các process đến cung cấp tài nguyên cho các ứng dụng. Dưới đây là các chức năng ứng dụng của Linux Kernel trong hệ thống máy tính:
2.1. Quản lý bộ nhớ
Cấp phát và giải phóng bộ nhớ vật lý là một phần chức năng cơ bản của Linux Kernel. Có 3 cấp độ lưu trữ địa chỉ, trong đó page là đơn vị cơ bản của bộ nhớ, thường có kích thước là 4096 byte.
Hầu hết các tác vụ được xử lý thông qua system call. Đơn vị quản lý bộ nhớ chịu trách nhiệm Paging và Swapping trong bộ nhớ ảo. Bộ nhớ ảo được cấp cho process hoàn toàn riêng biệt, cung cấp lớp bảo vệ khỏi các chương trình độc hại.
Một số lệnh Linux như "htop" và "atop" có thể được sử dụng để theo dõi thông tin liên quan đến bộ nhớ của các process đang chạy.
2.2. Quản lý process
Mỗi một chương trình đang chạy trên hệ thống được gọi là process. Linux Kernel quản lý việc tạo, chạy và xóa mọi process. Các process trong hệ thống yêu cầu CPU để thực thi.
Ngoài ra chức năng khác của Linux Kernel là IPC (Inter-Process Communication). Các cơ chế như Pipe và Semaphore kết hợp với kernel trong quá trình liên lạc giữa các process.
Để xem nhanh tất cả các process đang chạy cùng các thuộc tính như ưu tiên lập lịch và tỷ lệ phần trăm CPU chiếm dụng, chúng ta có thể chạy lệnh "htop" trên cửa sổ Terminal.
2.3. Quản lý thiết bị
Linux Kernel là cầu nối giữa hệ điều hành và phần cứng.
Linux Kernel hiểu đơn giản giống như trình quản lý tài nguyên (các tài nguyên được quản lý có thể là process, bộ nhớ hoặc thiết bị phần cứng), chịu trách nhiệm quản lý và phân quyền truy cập tài nguyên cho các ứng dụng.
Linux Kernel tồn tại trong Kernel Space, bên dưới User Space, là nơi các ứng dụng của người dùng được thực thi. Để User Space giao tiếp với Kernel Space, GNU C Library được kết hợp để cung cấp forum cho System call interface kết nối với Kernel Space và cho phép chuyển đổi trở lại User Space.
Về cơ bản, Linux Kernel có thể được phân thành 3 phần chính:
- System call interface: Đây là phần trên cùng, thực hiện các hành động cơ bản như đọc và ghi.
- Kernel Code: Nằm bên dưới System call interface, chung cho tất cả các kiến trúc bộ xử lý được hỗ trợ bởi Linux.
- Architecture-dependent code: Nằm dưới architecture-independent code, tạo thành Board Support Package (BSP) - gói này chứa chương trình nhỏ được gọi là bootloader để đưa hệ điều hành và driver thiết bị vào bộ nhớ.
Các thành phần của Linux Kernel bao gồm: System call interface, Process Management, Virtual File System, Memory Management, Network Stack, Architecture và Device Driver.
Trong đó:
- System call interface: Là layer được sử dụng để thực hiện các lệnh gọi hàm từ User Space vào kernel. Giao diện này có thể phụ thuộc vào kiến trúc.
- Process Management: Chủ yếu thực thi các process. Ngoài ra Process Management được gọi là Thread / luồng trong kernel và đại diện cho một ảo hóa riêng lẻ của bộ xử lý cụ thể.
- Memory Management: Linux bao gồm các phương pháp để quản lý bộ nhớ khả dụng cũng như các cơ chế phần cứng cho các map vật lý và map ảo. Swap space cũng được hỗ trợ.
- Virtual file system: Cung cấp lớp chuyển đổi giữa system call và các hệ thống tập tin được hỗ trợ bởi kernel.
- Network Stack: Được thiết kế như kiến trúc phân lớp được mô phỏng theo các giao thức cụ thể.
- Device Drivers: Phần lớn mã nguồn của kernel được lưu trữ trong Device Drivers, giúp phần cứng thiết bị cụ thể có thể sử dụng được. Linux cung cấp thư mục con driver được chia thành nhiều thiết bị khác nhau được hỗ trợ, chẳng hạn như I2C, Bluetooth, ....
- Architecture-dependent code: Mặc dù phần lớn Linux chạy trên kiến trúc độc lập, tuy nhiên có một số yếu tố cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả kiến trúc và hoạt động bình thường.
Linux bao gồm nhiều thư mục con và mỗi kiến trúc thư mục con lại có nhiều thư mục con khác. Các thư mục con này tập trung vào các tác vụ cụ thể của kernel như quản lý bộ nhớ, boot, ... .
Như vậy bài viết trên đây Taimienphi.vn vừa giải đáp cho bạn thắc mắc Linux Kernel là gì? Chức năng ứng dụng của Linux Kernel trong hệ thống máy tính. Hy vọng sau bài viết, bạn đọc sẽ có thêm các thông tin hữu ích về hệ điều hành này.
Ngoài ra nếu muốn chạy hệ điều hành Linux trong Windows nhưng chưa biết cách làm thế nào bạn đọc có thể tham khảo hướng dẫn cách tạo USB chạy Linux trong Windows được sẻ trong bài viết dưới đây nhé.