هسته لینوکس یکی از بزرگ ترین پروژه های منبع باز است که قدمتی طولانی دارد. همان طور که می دانید، توزیع های مختلف لینوکسی، خود لینوکس نیستند و لینوکس تنها به هسته این سیستم عامل می گویند که 13 میلیون خط کد دارد. هسته سیستم عامل پایین ترین سطح نرم افزاری است که با سخت افزار کامپیوتر در ارتباط است. لینوکس مسوول تمام نرم افزارهایی است که در حالت کاربری (user mode) اجرا می شوند. همچنین پروسه های مختلف از جمله سرورها را اجرا می کند و اطلاعات لازم از پروسه ها را در اختیار دیگر پروسه ها قرار می دهد.
انواع هسته ها
برای تولید یک هسته دغدغه های مختلفی وجود دارد. به طور کلی، بیشتر هسته ها به سه نوع یکپارچه، میکروهسته و ترکیبی تقسیم می شوند. لینوکس یک هسته یکپارچه است، در صورتی که os x (مکینتاش) و ویندوز7 از هسته های ترکیبی استفاده می کنند. بهتر است به هر 3 نظری داشته باشیم:
میکروهسته
میکروهسته تنها کارهای مشخصی را انجام می دهد: مدیریت پردازنده، حافظه و ipc. بقیه کارهای کامپیوتر، جانبی تلقی شده و در حالت کاربر اجرا می شوند. میکروهسته ها قابلیت پرتابل بودن دارند چون سیستم عامل نیازی ندارد که نوع ویدئوکارت متصل به سیستم را بداند. میکروهسته ها ردپای کوچکی دارند (هزینه انجام کار) و حافظه و فضای مصرفی آنها بسیار پایین است. از طرفی امن تر از هسته های دیگر هستند، چرا که تنها پروسه های مشخصی در حالت کاربر اجرا می شوند که نیازی به اجرا در حالت ناظر (supervisor mode) ندارند.
میکروهسته ها، ویژگی های خوبی دارند که پرتابل بودن، حجم کم، حافظه مصرفی کم و امنیت از جمله آنهاست. البته سخت افزارهای پشتیبانی شده توسط این هسته کمتر است و به دلیل اجرای درایورهای سخت افزاری در حالت کاربری، سخت افزارها کندتر هستند. ضمن آن که پروسه ها برای دریافت اطلاعات باید در صف منتظر بمانند. همچنین پروسه ها نمی توانند به دیگر پروسه ها دسترسی پیدا کنند.
هسته یکپارچه
هسته های یکپارچه درست نقطه مقابل میکروهسته ها هستند و نه تنها پردازنده، حافظه و ipc، بلکه چیزهای دیگری از جمله درایورهای دستگاه ها، مدیریت سیستم فایل و فراخوان های سیستمی را مدیریت می کنند. هسته های یکپارچه در دسترسی سخت افزاری و چندوظیفگی بهتر عمل می کنند زیرا برنامه ای که در حال اجرا، انتظار یا توقف است می تواند به صورت مستقیم اطلاعات دیگر پروسه ها را دریافت کند و در هیچ صفی برای این عمل منتظر نمی ماند. البته این موضوع می تواند مشکل ساز هم باشد چون بیشتر پروسه ها درحالت ناظر اجرا می شوند و اگر درست رفتار نکنند، می توانند سیستم را از کار بیندازند.
از ویژگی های این هسته می توان به دسترسی بهتر به سخت افزارها و برنامه ها، ارتباط ساد ه تر پروسه ها با یکدیگر و عدم نیاز به نصب درایور سخت افزار برای سخت افزارهای شناخته شده در سیستم و در نهایت عکس العمل سریع تر پروسه ها به دلیل عدم وجود صف انتظار برای آنهاست.
از مشکلات این هسته، بزرگ بودن آن، مصرف حافظه بالا و امنیت پایین تر به دلیل اجرای همه چیز در حالت ناظر است.
هسته های ترکیبی
هسته های ترکیبی می توانند انتخاب کنند که چه چیزی در حالت کاربر اجرا شود و چه چیزی در حالت ناظر. بیشتر مواقع چیزهایی مثل درایورهای سخت افزاری یا ورودی خروجی ها در حالت کاربر و فراخوان های سیستمی و ارتباط میان پروسه ها در حالت ناظر اجرا می شوند. این یعنی استفاده بهینه از هر دو که مشکل کوچکی ایجاد می کند؛ تولیدکنندگان سخت افزار باید کار بیشتری انجام دهند چون مسوولیت اجرای همه چیز با آنهاست. همچنین این هسته ها از مشکل میکروهسته ها نیز برخوردارند و باز هم مشکل انتظار در صف وجود دارد.
از ویژگی های این نوع هسته ها این است که توسعه دهنده می تواند خود انتخاب کند که چه چیز در حالت کاربر و چه چیز در حالت ناظر اجرا شود. همچنین نصب آن حجم کمتری نسبت به میکروهسته ها می گیرد و از دیگر مدل ها انعطاف پذیرتر است.
اما این مدل معایبی نیز دارد که وجود لگ در اجرای پروسه و مدیریت پروسه ها توسط کاربر بخشی از آنهاست.
فایل های هسته لینوکس کدام ها هستند؟
فایل هسته در اوبونتو، در مسیر boot / قرار دارد و vmlinuz-version نام دارد. نام vmlinuz از دنیای یونیکسی آورده شده که در آن دوران، یعنی دهه 60 میلادی به هسته یونیکس، یونیکس می گفتند و بنابراین لینوکسی ها هم هسته خود را لینوکس نام گذاشتند.
پس از این که حافظه مجازی برای بهتر کردن قابلیت های چندوظیفگی توسعه پیدا کرد، سرنام vm در ابتدای فایل هسته قرار داده شد تا نشان دهد این هسته از حافظه مجازی پشتیبانی می کند. تا مدت های زیادی هسته لینوکس vmlinux نامیده می شد تا این که آنقدر بزرگ شد که حافظه بوت آن فشرده شد و x آخر کلمه به دلیل فشرده شدن هسته با سیستم zlib، به z تغییر پیدا کرد؛ هر چند همیشه این روش فشرده سازی کاربرد ندارد و گاهی از lzma یا bzip2 استفاده می شود. در برخی از هسته های لینوکسی، نام هسته تنها zimage است.
سیستم نگارش بندی آن به صورت چهارگانه a.b.c.d است. a.b احتمالا 6/2 است، c نگارش فعلی هسته است و d نشانگر وصله ها یا نگارش های رفع عیب است.
در فولدر boot / فایل های بسیار مهم دیگری نیز قرار دارند که معمولا initrd.img-version، system.map-version و config-version وجود دارد.
فایل initrd اغلب به عنوان دیسک های رم استفاده می شوند که فایل اصلی هسته را باز و اجرا می کنند.
فایل system.map برای استفاده در مدیریت حافظه به کار می رود تا زمانی که هسته به طور کامل بارگذاری شود.
فایل config به هسته می گوید که چه گزینه ها و ماژول هایی باید بعد از کامپایل در هسته بارگذاری شود.
معماری هسته لینوکس
از آنجا که لینوکس هسته یکپارچه ای دارد، حجم زیادی نسبت به دیگر هسته ها داشته و پیچیدگی آن نیز بیشتر است. این ویژگی طراحی در سال های اخیر مورد نقد قرار گرفته و هنوز هم برخی از دغدغه های امنیتی هسته های یکپارچه را در خود دارد. برای گذر از چنین دغدغه هایی، توسعه دهندگان هسته لینوکس ماژول های هسته را ایجاد کردند که می تواند هنگام اجرا بارگذاری شده یا از حالت بارگذاری خارج شود. به این ترتیب می توان به هسته لینوکس در هنگام اجرا امکاناتی را افزود یا از آن حذف کرد. این کار فقط افزودن قابلیت های سخت افزاری به هسته نیست و می توان حتی کل هسته را بدون نیاز به راه اندازی مجدد کامپیوتر تعویض کرد. فقط تصور کنید اگر می شد سرویس پک ویندوز را نصب کرد و حتی یک بار هم آن را ریستارت نکرد!
ماژول های هسته
چه می شد اگر ویندوز تمام درایورهای سخت افزاری را در خود داشت و تنها برای استفاده از یک دستگاه کافی بود آن را روشن کنیم؟ این همان چیزی است که ماژول های هسته لینوکس انجام می دهند. ماژول های هسته که به نام ماژول های قابل بارگذاری هسته (lkm) شناخته می شوند، یکی از روش های استفاده از سخت افزارهای سیستم بدون استفاده از تمام حافظه موجود است.
یک ماژول عموما قابلیت هایی مثل دستگاه ها، سیستم های فایل و فراخوان های سیستمی را به هسته اضافه می کند. ماژول های قابل بارگذاری هسته پسوند ko . دارند و معمولا در دایرکتوری lib/modules/ قرار می گیرند. به دلیل طبیعت ماژولارشان می توان به سادگی هسته را با انتخاب ماژول های قابل بارگذاری یا ممنوع کردن تعدادی از آنها برای بارگذاری سفارشی کرد که هنگام بالا آمدن سیستم از طریق دستور menuconfig یا پس از بالا آمدن سیستم و از طریق فایل boot/config/ می توان این کار را انجام داد. همچنین می توان بدون راه اندازی مجدد سیستم، از طریق دستور modprobe ماژول هایی را به هسته اضافه یا از آن حذف کرد.
در برخی از توزیع های لینوکسی، ماژول های منبع بسته ای وجود دارند که توسط تیم توسعه لینوکس توسعه نیافته اند. مثلا در توزیع اوبونتو، توسعه دهنده های نرم افزاری همچون nvidia و ati به جای ارائه کدمنبع برای قرارگیری در هسته لینوکس، تنها به ارائه فایل های کامپایل شده ko بسنده کرده اند. این ماژول ها البته رایگان هستند و می توان آنها را دریافت کرد ولی قابلیت سفارشی سازی و تغییر ندارند. به همین دلیل در برخی از توزیع های لینوکسی که بسیار به آزادی نرم افزاری معتقد هستند، این نرم افزارها وجود ندارد.
هسته جادو نیست، اما برای هر کامپیوتری لازم است. هسته لینوکس به این دلیل از os x یا ویندوز متفاوت است که درایورهای سخت افزاری در سطح هسته وجود دارد و همه چیز بدون نصب نرم افزار اضافه قابل استفاده است. امیدواریم این مقاله توانسته باشد بخش کوچکی از کاری که هسته لینوکس انجام می دهد را نشان دهد. برای مطالعه بیشتر می توانید به سایت زیر مراجعه کنید:
http://www.kernel.org
محمدرضا قربانی
اجرای لینوکس در ps3
... وقتی تولیدکننده دستگاه های ps3 یعنی سونی، استفاده از لینوکس را بر این سیستم عامل متوقف کرد، بسیاری از هواداران منبع باز خشمگین شدند ... به گزارش theinquirer، گروهی به این نتیجه رسیده اند که به کمک یک دانگل خارجی می توان بدون آن که گارانتی و خدمات سونی را از بین برد، روی این سیستم عامل، لینوکس نصب کرد ... در حال حاضر سیستم فایل fat32 توسط این گروه پشتیبانی می شود و به زودی پشتیبانی از ntfs نیز انجام خواهد شد ...
هفت دلیل برای رفتن به فدورا 13
... همه چیز از پشتیبانی از چاپگر گرفته تا پشتیبانی از کارت های سه بعدی جدید انویدیا و تغییر سیستم فایل در فدورای13 وجود دارد ... این پروژه با تمرکز روی آزادی نرم افزار، در وهله اول تلاش می کند ویژگی های جدید را به سیستم بیفزاید ... نگارش 0/8/1 مدیر شبکه هنوز بیرون نیامده، اما پشتیبانی آن از شبکه های موبایل، ipv6 و بسیاری ویژگی های دیگر در این سیستم عامل وجود دارد ... از آنجا که این درایور هنوز در مراحل اولیه به سر می برد، با سیستم های چندنمایشگره کمی مشکل دارد ... نصب خودکار چاپگر در سال 2010جامعه هنوز با کاغذبازی اداره می شود و فدورا13برای حل این مشکل راه حلی ارائه نکرده است، اما دست کم می توان به کمک این توزیع، چاپگر را به سادگی روی سیستم نصب کرد ... وقتی یک چاپگر usb را به فدورا13وصل می کنید، این سیستم عامل به صورت خودکار به دنبال درایور آن در مخزن نرم افزاری خود می گردد و آن را نصب می کند ... بازگشت به گذشته با btrfs یکی دیگر از قابلیت های فدورا 13که آن هم آزمایشی است، پشتیبانی از بازگشت به گذشته با سیستم فایل باتراف اس است ... این سیستم فایل که از نگارش2/6/29 هسته لینوکس پشتیبانی شده است، ابتدا توسط اوراکل ایجاد شد ... یکی از ویژگی های خاص باتر اف اس پشتیبانی از تصویر است که می توان برای بازیابی سیستم از آن استفاده کرد ...
پرسش و پاسخ
... جواد حسینی از قائم شهر- مادربردی خریده ام که مورد زیر در device manager با اخطار زرد باقی مانده و درایور آن در سی دی آن و جستجو در اینترنت و نصب فایل های یافت شده نصب نگردید ... این نرم افزارها فایل های اضافی که ویندوز از آنها استفاده نمی کند را پاک می کنند و سرعت دسترسی ویندوز به فضای خالی روی هارد را افزایش می دهند ... بعد از اسکن، درایوها باز شد اما درایو cفرمت نمی شود باید چه کار کنم؟ مشکل اول شما به دلیل نصب آنتی ویروس نبوده، مشکل از آنجا به وجود آمده که سیستم شما دچار ویروسی بوده که پس از نصب آنتی ویروس، آن ویروس از بین رفته اما اثرات آن برجای مانده است ... در این مورد علت آن وجود فایل autorun ... in در ریشه هر درایو بوده است و با دابل کلیک روی هر درایو در واقع سیستم فایل autorun ... بنابراین شما با پاک کردن این فایل از ریشه هر درایو به راحتی می توانید این مشکل را برطرف کنید ... نریمان رضوی از شیراز سیستم من هنگام آغاز ویندوز به صورت شدید تیک زده و افت سرعت می کند تا جایی که سیستم هنگ می کند ... چنانچه سیستم از لحاظ نرم افزاری مشکلی ندارد کارت گرافیک آن را کنترل کنید ... چنانچه سیستم را به تازگی استفاده می کنید ممکن است قطعات مادربورد با یکدیگر تداخل (conflict) داشته باشند ... پس از اینکه صفحاتی که می خواهید به صورت آفلاین قابل مشاهده باشند را مشخص کردید، سیستم یک کپی از آن را روی هارد ذخیره می کند تا در زمان قطع ارتباط با اینترنت از آنها استفاده کند ...
تبدیل فرمت دیسک از ext3 به ext4
... برای به روز کردن ساختار سیستم فایل دیسک سخت خود، می توانید در پنج قدم ساده بدون از دست دادن داده ها این کار را انجام دهید: 1 - یک نگارش پشتیبان از فایل های خود تهیه کنید ... 2 - با دیسک زنده اوبونتو (یا هر توزیع دیگر) بالا بیایید و کد زیر را بنویسید تا پارتیشن شما تبدیل شود: sudo bashtune2fs -o extents,uninit_bg dir_index /dev/sda1e2fsck -pf /dev/sda1, 3 - پارتیشن را شناسانده و سپس نوع آن را در فایل fstab تغییر دهید: sudo bashmount -t ext4 /dev/sda1 /mntnano /mnt/etc/fstab 4 - گام بعدی اختیاری است، اما ممکن است با انجام ندادن آن سیستم تان بالا نیاید، بنابراین دستور بعدی که وارد می کنید، دستور زیر است، که قرار است grub را به روزرسانی کند ... sudo bashmount /dev/sda1 /mntgrub-install dev/sda --root-directory=/mnt --recheck/ 5 - اگر یک درایو بوت دیگر دارید که ارتباطی به دیسک اصلی شما ندارد، دستور زیر را وارد کنید: sudo bashmkdir /mnt/bootmount /dev/sda1 /mnt/bootgrub-install /dev/sda –root directory=/mnt --recheck- تمام ماجرا همین بود، بعد از ری استارت کردن سیستم، هارددیسک شما با فرمت ext4 فعالیت خواهد کرد ...
همه چیز درباره حافظه جایگزین
... نخست این که وقتی سیستم به حافظه بیشتری نیاز پیدا می کند، هسته صفحه هایی که کمتر استفاده شده است را جابه جا می کند و حافظه را برای برنامه ها و پروسس های فعلی آزاد می کند، به همین ترتیب برنامه های جاری اجازه اجرا شدن را پیدا می کنند ... دوم این که تعداد زیادی از صفحه ها توسط برنامه هایی اشغال می شود که تنها در مرحله استارت آپ اجرا می شوند و دیگر هیچ وقت اجرا نمی شوند، بدین ترتیب سیستم می تواند حافظه را برای دیگر برنامه ها آزاد کند ... هر چه بیشتر جابه جایی رخ بدهد، در این صورت سیستم کندتر خواهد بود ... گاهی اوقات که سیستم بسیار کند می شود، یک صفحه به دیسک می رود و سریع تر به دیسک باز می گردد ... اگر این اتفاق پشت سر هم رخ بدهد، در این صورت سیستم در وضعیتی قرار می گیرد که در تلاش برای یافتن حافظه بیشتر است و از طرفی برنامه ها را باید در همان لحظه اجرا کند ... پارتیشن بخش مستقلی از دیسک سخت است که به طور خاص برای سواپ کردن استفاده می شود؛ هیچ فایل دیگری در آن بخش قرار نمی گیرد ... فایل سواپ فایل مخصوصی است که در سیستم فایل قرار می گیرد و میان فایل های سیستمی و داده شما است ... برای سوار کردن خودکار فضای سواپ در زمان استارت آپ، باید در فایل /etc/fstab یک مدخل جدید ایجاد کنید ... در این فایل فهرستی از سیستم فایل هایی که در زمان بوت سوار می شوند وجود دارد ...
پارتیشن بندی در لینوکس
... تیم توسعه دهنده این نرم افزار عالی، یک دیسک از نوع دیسک زنده ارائه کرده اند که از طریق سی دی بوت می شود و می توانید آن را بدون نصب هر گونه سیستم عاملی اجرا کنید ... جی پارتد از سیستم فایل های بسیاری از جمله ext2، ext3، fat16، fat32، jfs، reiserfs، ntfs و یک دو جین فرمت دیگر پشتیبانی می کند ... در ساده ترین حالت ممکن، می توان با این نرم افزار سیستم فایل ها را تشخیص داد، خواند، کپی کرد و پارتیشن های جدیدی روی دیسک های سخت ایجاد کرد ... همچنین، تمام پارتیشن های خود را می توانید قبل از انجام هر گونه تغییرات، روی سیستم خود mount (سوار) کنید و بعد از داده های تان پشتیبان تهیه کنید که ناگهان اتفاق ناگواری رخ ندهد ... اگر واقعا دست و پای تان می لرزد و می ترسید که سیستم اصلی تان را زیر تیغ جی پارتد بفرستید ... بعد از اتمام کار، ساده ترین و مطمئن ترین راه، استفاده از یک سیستم عامل دیگر برای بررسی صحت عملکرد دیسک سخت است ... بعد از این که مطمئن شدید که مهندس جی پارتد به حساب می آیید (که کار دشواری نیست!) می توانید به سراغ سیستم اصلی خود بروید و فایل سیستم ntfs خود را تغییر اندازه بدهید و خیال تان هم راحت باشد که قرار نیست تمام شب را عزا بگیرید ... وقتی دیسک زنده را روی سیستم اصلی خود بالا می آورید، جی پارتد به صورت خودکار اجرا می شود ... البته این ها کاربری های ساده جی پارتد هستند، کاربردهای این نرم افزار بسیار بیشتر از این عملیات هستند، به عنوان مثال در سیستم هایی که چند دیسک دارید، می توانید یک یا چند پارتیشن را به طور کامل روی دیسک دیگر کپی کنید ...
هسته جدید منتشر شد
... نگارش جدید، سیستم کاملا تغییر کرده اطلاع رسانی سیستم فایل را در خود قرار داده است و بسیاری از درایورهای آن به روز شده اند ...
مدیریت دیسک در یونیکس
... مدیریت سیستم فایل یکی از وظایف مهم مدیر سیستم ها است ... سیستم فایل یونیکس در واقع با مساعدت کاربران یونیکس ساخته شد و شبیه به درختی برعکس است که در آن، ریشه در بالاترین سطح قرار دارد و شاخه ها زیر آن هستند ... از وظایف اصلی مدیر فایل ها، می توان به این موارد اشاره کرد: قابل دسترس کردن فایل ها برای کاربر مدیریت و نظارت بر منابع دیسک محافظت در برابر خرابی فایل، اشکالات سخت افزاری و خطاهای کاربر افزودن دیسک ها و حافظه های جانبی بیشتر در صورت نیاز ... فایل ها و ذخیره سازی در دیسکدیسک ها قطاع ، شیارهای هم مرکز، سطوح و سیلندرهای روی دیسک تشکیل شده اند ... نگاه سیستم فایل به دیسک، به صورت مجموعه ای از بلاک ها است که هر بلاک خود می تواند برابر یک یا چند بلاک باشد ... یک قطاع یک واحد فیزیکی انتقال داده بین حافظه و دیسک است؛ یک بلاک یک واحد منطقی انتقال داده است که توسط سیستم فایل مدیریت می شود ... یک کاربر، فایل را به صورت مجموعه ای ترتیبی از بایت ها (در یونیکس و سیستم های مشابه) و یا به صورت مجموعه ای از فیلدها و رکوردها (در برخی ibmها و دیگر سیستم های پردازشی) مشاهده می کند ... وقتی برنامه کاربر داده ها را در قالب بایت ها می نویسد یا می خواند، سیستم فایل بلاکی را که شامل آن بایت ها است، واکشی می کند یا می نویسد ... نکاتی درباره فایل ها بیشتر فضای دیسک برای تعداد کمی فایل های بسیار بزرگ استفاده می شوند ...
مشکلات امنیتی در نرم افزارهای کدباز
... سرویس متن باز- شرکت ردهت (red hat) نسخه 11 سیستم عامل دسکتاپ خود یعنی لینوکس فدورا را عرضه کرد ... پیش از این نسخه بتای این سیستم عامل عرضه شده بود و انتظار می رفت نسخه نهایی آن زودتر ارائه شود که با کمی تاخیر، بالاخره در دسترس عموم قرار گرفت ... سرویس متن باز- شرکت ردهت (red hat) نسخه 11 سیستم عامل دسکتاپ خود یعنی لینوکس فدورا را عرضه کرد ... پیش از این نسخه بتای این سیستم عامل عرضه شده بود و انتظار می رفت نسخه نهایی آن زودتر ارائه شود که با کمی تاخیر، بالاخره در دسترس عموم قرار گرفت ... علاوه بر سرعت، عملکرد برنامه ها حین کار با این سیستم عامل، سرعت بوت یا راه اندازی آن نیز افزایش قابل توجهی داشته است ... یکی از اهداف عرضه کنندگان سیستم عامل ها، افزایش سرعت راه اندازی است ... به گفته اسکات، تیم آنها قصد دارد سال آینده در نسخه 04/10 این سیستم عامل، سرعت راه اندازی را به 10 ثانیه برساند ... این در حالی است که راه اندازی ویندوز ویستا sp2 در همین سیستم 58 ثانیه طول خواهد کشید ... چند گام به جلو ext4 آخرین سیستم فایل رسمی لینوکس است که به طور پیش فرض در فدورا 11 به کار گرفته می شود و از بزرگترین مزایا برای سرویس دهنده ها به شمار می رود ... در این سیستم فایل می توان درایوی به ظرفیت یک اگزابایت و فایل هایی به بزرگی 16 ترابایت داشت ...
|
صفحه 1
|
2 | 3 | 4 |
|
