“Оболочка”, "ядро” и API: Ключевые уровни операционной системы

Обычные пользователи, как правило, не задумываются о том, как всё устроено в их компьютерах. Мы просто включаем компьютер и используем его по назначению, но за кулисами происходит множество процессов. Основными компонентами любой ОС являются оболочка и ядро.

На первый взгляд эти два термина могут показаться очень техническими, однако на самом деле они довольно просты и вполне понятны. В этой статье мы расскажем вам об основных различиях между этими двумя терминами и объясним, почему они важны для любой ОС.

Основные функции ядра

Ядро является основным элементом ОС и напрямую взаимодействует с аппаратным обеспечением компьютера. Основная роль этой части заключается в том, чтобы соединить аппаратное обеспечение с приложениями таким образом, чтобы программные приложения могли работать без каких-либо проблем, связанных с хранилищем, памятью и устройствами.

Это означает, что когда вы играете в игру или просто просматриваете страницы в браузере на своем компьютере, этот компонент необходим для бесперебойной работы и управления ресурсами. В любой ОС процесс связан со следующими элементами: память (данные, куча, стек), блок управления процессом и метаданные планирования.

Основные функции ядра

• Управление памятью. Это означает, что ядро необходимо для выделения ОЗУ приложениям и освобождения его, когда оно не требуется.
• Управление процессами. На ваших компьютерах выполняется множество задач, даже если вы запустили только одно приложение. Поэтому ядро распределяет время процессора и устанавливает правильный порядок выполнения задач.
• Управление устройствами. Каждое устройство — будь то принтер, клавиатура, графический процессор или жесткий диск — должно каким-то образом взаимодействовать с ОС. Для обеспечения правильного взаимодействия между программным и аппаратным обеспечением используются специальные драйверы.
• Защита и безопасность. Ядра также обеспечивают отсутствие доступа определённых программ к защищённым участкам аппаратного обеспечения и памяти. Кроме того, ядро способствует изоляции процессов.
• Работа с файловой системой. Ядро помогает создавать специфическую структуру для извлечения и хранения данных. Например, ядро в фоновом режиме выполняет функции сохранения, открытия и удаления файлов.

Чтобы получить более наглядное объяснение, давайте рассмотрим процесс работы музыкального плеера. Ядро выделяет приложению необходимую память, затем проверяет, обрабатывает ли процессор данные, взаимодействует с аудиоустройством и управляет доступом к файлам.

Типы ядер

В зависимости от ОС используются различные типы ядер, такие как:

• Микроядро. Здесь в ядре работают только необходимые службы, а остальные функционируют отдельно (Minix).
• Монолитное. Все службы работают в одном огромном блоке кода (Linux).
• Гибридное. Объединяет особенности микроядра и монолитного ядра (Windows).

Категории оболочек

Оболочка — это интерфейс, который обеспечивает взаимодействие между ядром и пользователем. Она работает следующим образом: принимает команды от конечного пользователя и передает их ядру, а затем отображает конечный результат пользователю. Все процессы в ядре незаметны для пользователя, в то время как оболочка видна, поскольку вы напрямую взаимодействуете с ней.

Типы оболочек

• Оболочка командной строки (CLI). Она работает с помощью команд. Основными примерами являются Zsh, Bash и PowerShell. Сначала этот тип может показаться очень сложным, но на самом деле он полезен для администраторов, разработчиков и обычных пользователей.
• Графическая оболочка (GUI). Этот тип считается наиболее стандартным вариантом, в котором присутствуют значки, окна и различные меню. Основными примерами являются Finder, Проводник Windows и GNOME.    

Основные различия между ядром и оболочкой

Процесс взаимодействия между ядром и оболочкой

Чтобы лучше понять этот процесс, рассмотрим один конкретный пример:

1. Действие пользователя — щелчок по файлу в Windows.

2. Оболочка — распознает команду и перенаправляет её в ядро.

3. Ядро — извлекает файл из хранилища, выделяет память и подготавливает необходимую информацию.

4. Оболочка — выводит необходимое содержимое на экран.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что оболочка — это интерфейс, который помогает пользователям взаимодействовать с ядром. В то время как ядро занимается взаимодействием между аппаратным и программным обеспечением. Оба этих элемента чрезвычайно важны и незаметно работают, чтобы сделать работу пользователя более плавной.