Qu’est-ce que le Kernel dans le système d’exploitation et quels sont les différents types de Kernel?
Un Kernel est un programme informatique qui est le cœur et le noyau d’un système d’exploitation. Puisque le système d’exploitation a le contrôle sur le système donc, le noyau a également le contrôle sur tout dans le système. C’est la partie la plus importante d’un système d’exploitation. Lorsqu’un système démarre, le noyau est le premier programme qui est chargé après le chargeur de démarrage, car il doit gérer le reste du système pour le système d’exploitation. Le noyau reste dans la mémoire jusqu’à ce que le système d’exploitation soit arrêté.
Le noyau est responsable des tâches de bas niveau telles que la gestion des disques, la gestion de la mémoire, la gestion des tâches, etc. Il fournit une interface entre l’utilisateur et les composants matériels du système. Lorsqu’un processus fait une demande au noyau, on parle alors d’appel système.
Un noyau est doté d’un espace noyau protégé qui est une zone distincte de la mémoire et cette zone n’est pas accessible par d’autres programmes d’application. Le code du noyau est chargé dans ce Kernel Space protégé. En dehors de cela, la mémoire utilisée par d’autres applications est appelée l’espace utilisateur. Comme il s’agit de deux espaces différents dans la mémoire, la communication entre eux est donc un peu plus lente.
Fonctions d’un noyau
Voici les fonctions d’un noyau :
- Accéder à la ressource informatique : Un noyau peut accéder à diverses ressources informatiques comme l’unité centrale, les périphériques d’entrée/sortie et d’autres ressources. Il agit comme un pont entre l’utilisateur et les ressources du système.
- Gestion des ressources : C’est le devoir d’un noyau de partager les ressources entre divers processus de telle sorte qu’il y ait un accès uniforme aux ressources par chaque processus.
- Gestion de la mémoire : Chaque processus a besoin d’un certain espace mémoire. Ainsi, la mémoire doit être allouée et désallouée pour son exécution. Toute cette gestion de la mémoire est effectuée par un noyau.
- Gestion des périphériques : Les périphériques connectés dans le système sont utilisés par les processus. Ainsi, l’allocation de ces périphériques est gérée par le noyau.
Mode noyau et mode utilisateur
Il existe certaines instructions qui doivent être exécutées par le noyau uniquement. Ainsi, l’unité centrale exécute ces instructions dans le mode Kernel uniquement. Par exemple, la gestion de la mémoire doit être effectuée en mode Kernel uniquement. Alors que dans le mode utilisateur, l’unité centrale exécute les processus qui sont donnés par l’utilisateur dans l’espace utilisateur.
Types de noyau
En général, il existe cinq types de noyau. Ce sont :
1. Les noyaux monolithiques
Les noyaux monolithiques sont les noyaux où les services utilisateur et les services noyau sont mis en œuvre dans le même espace mémoire c’est-à-dire que l’on n’utilise pas dans ce cas de mémoire différente pour les services utilisateur et les services noyau. En procédant ainsi, la taille du noyau augmente, ce qui, à son tour, augmente la taille du système d’exploitation. Comme il n’y a pas d’espace utilisateur et d’espace noyau séparés, donc l’exécution du processus sera plus rapide dans les noyaux monolithiques.
Avantages:
- Il fournit l’ordonnancement du CPU, l’ordonnancement de la mémoire, la gestion des fichiers par le biais d’appels système uniquement.
- L’exécution du processus est rapide car il n’y a pas d’espace mémoire séparé pour l’utilisateur et le noyau.
Inconvénients :
- Si un service échoue, alors cela entraîne une défaillance du système.
- Si de nouveaux services doivent être ajoutés, alors l’ensemble du système d’exploitation doit être modifié.
2. Micro-noyau
Un micro-noyau est différent d’un noyau monolithique car dans un micro-noyau, les services utilisateur et les services noyau sont implémentés dans des espaces différents c’est-à-dire que nous utilisons l’espace utilisateur et l’espace noyau dans le cas des micro-noyaux. Comme nous utilisons séparément l’espace utilisateur et l’espace noyau, cela réduit la taille du noyau et cela, à son tour, réduit la taille du système d’exploitation.
Comme nous utilisons des espaces différents pour les services utilisateurs et le service noyau, la communication entre l’application et les services se fait à l’aide de l’analyse des messages et cela, à son tour, réduit la vitesse d’exécution.
Avantages:
- Si de nouveaux services doivent être ajoutés, alors il peut être facilement ajouté.
Inconvénients:
- Puisque nous utilisons séparément l’espace utilisateur et l’espace noyau, alors la communication entre ceux-ci peut réduire le temps d’exécution global.
3. noyau hybride
Un noyau hybride est une combinaison du noyau monolithique et du micro-noyau. Il fait usage de la vitesse du noyau monolithique et de la modularité du micro-noyau.
Les noyaux hybrides sont des micro-noyaux qui ont une partie du code « non essentiel » dans l’espace noyau afin que le code s’exécute plus rapidement qu’il ne le serait dans l’espace utilisateur. Ainsi, certains services tels que la pile réseau ou le système de fichiers sont exécutés dans l’espace noyau pour réduire le surcoût de performance, mais malgré tout, il exécute le code du noyau comme des serveurs dans l’espace utilisateur.
4. Nanokernel
Dans un Nanokrnel, comme son nom l’indique, l’ensemble du code du noyau est très petit c’est-à-dire que le code s’exécutant dans le mode privilégié du matériel est très petit. Le terme nanokernel est utilisé pour décrire un noyau qui supporte une résolution d’horloge de l’ordre de la nanoseconde.
5. Exokernel
Exokernel est un noyau de système d’exploitation qui est développé par le groupe parallèle et le groupe des systèmes d’exploitation distribués du MIT. Ici, dans ce type de noyau, la protection des ressources est séparée de la gestion et cela, à son tour, a pour résultat de nous permettre d’effectuer une personnalisation spécifique à l’application.
Dans l’Exokernel, l’idée n’est pas d’implémenter toutes les abstractions. Mais l’idée est d’imposer le moins d’abstractions possible et, ce faisant, l’abstraction ne doit être utilisée que lorsque cela est nécessaire. Ainsi, il n’y aura pas d’abstraction de force dans Exokernel et c’est la caractéristique qui le rend différent d’un noyau monolithique et d’un micro-noyau. Mais l’inconvénient de ce système est sa conception complexe. La conception de l’Exokernel est très complexe.
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