المحتويات
نواة الحاسوب
النواة هي جوهر نظام تشغيل الحاسوب والمسيطرة على كل شيء في النظام، وهي واحدة من البرامج الأولية التي يتم تحميلها عند بدء التشغيل. تعمل النواة أيضًا على معالجة ما تبقى من بدء التشغيل، وكذلك طلبات المدخلات والمخرجات من البرمجيات، وترجمتها إلى تعليمات تجهيز البيانات لوحدة المعالجة المركزية. كما يتم التعامل مع الذاكرة والأجهزة الطرفية مثل لوحات المفاتيح، والشاشات، والطابعات، ومكبرات الصوت.
تتضمن النواة معالج المقاطعة الذي يعالج جميع المهام أو عمليات الإدخال والإخراج المنجزة التي تتنافس على خدمات النواة، وهي جدولة تحدد البرامج التي تشترك في وقت معالجة النواة في الترتيب، والمشرف الذي يعطي في الواقع استخدام الحاسوب لكل عملية عندما يتم جدولة. قد تحتوي النواة أيضًا على مدير لمساحات عنوان نظام التشغيل في الذاكرة أو التخزين، ومشاركتها بين كافة المكونات والمستخدمين الآخرين لخدمات كيرنيل (Kernel). تُطلب خدمات النواة من قبل أجزاء أخرى من نظام التشغيل أو من خلال برامج التطبيق من خلال مجموعة محددة من واجهات البرنامج التي تعرف أحيانا باسم استدعاءات النظام.
إن المهام البرمجية التي تشكل النواة مطلوبة بشكل مستمر، وعادة ما يتم تحميلها في تخزين الحاسوب في منطقة محمية بحيث لا تكون مضافة مع الأجزاء الأخرى الأقل استخدامًا في نظام التشغيل.
لا ينبغي الخلط بين النواة ونظام الإدخال والإخراج الأساسي، حيث تعمل واجهات نواة الحاسوب بين مكونات الأجهزة الحاسوبية الرئيسية الثلاثة، وتوفير الخدمات بين واجهة التطبيق / المستخدم وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة الأخرىI / O . توفر النواة إدارة موارد الحاسوب، مما يسمح للبرامج الأخرى بتشغيل واستخدام هذه الموارد بالإضافة إلى إعداد مساحة عنوان الذاكرة للتطبيقات، وتحميل الملفات مع رمز التطبيق إلى الذاكرة.
لقد تم تطوير النواة بشكل مستقل لاستخدامها في أي نظام تشغيل يراد استخدامه. وأشهر مثال علي ذلك هو نواة ماخ (Mach) والتي تم تطويرها في جامعة كارنيغي ميلون (Carnegie Mellon)، وتستخدم حاليًا في نسخة من نظام التشغيل لينكس وفي أجهزة Apple.
مسؤوليات نواة الحاسوب
- إدارة العمليات لتنفيذ التطبيق
- إدارة الذاكرة، وتخصيص و I / O
- إدارة الجهاز من خلال استخدام برامج تشغيل الأجهزة
- التحكم في استدعاء النظام
أنواع نواة الحاسوب
- النواة الأحادية (Monolithic kernel)
تحتوي على كود ضخم يضم كل متطلبات التشغيل والوظائف الخاصة ولها عنوان وحيد في الذاكرة، وتعمل هذه النواة بشكل كامل بما فيها من خدمات، حيث تعمل في حيز واحد من الذاكرة تتميز بالسرعة العالية، لكن تصميمها معقد وإمكانية تشابك عناصرها وارد بشكل كبير، وإذا فشل جزء ما في العمل فإن النواة تنهار بالكامل إضافة إلى ذلك يعتبر هذا النوع كبير الحجم. الأنظمة التي تشتغل على هذه النواة كثيرة منها نظام يونكس أقدم أنظمة التشغيل.
(Monolithic Modular Or Linux Kernel)
عبارة عن نواة أحادية معدلة في العمل، إذ تجمع الأجزاء الرئيسية للنظام في بلوك محدد في الكود الأحادي، أما باقي الأجزاء فتعمل خارج هذا الكود. وتتميز الأنظمة التي تعمل بهذه النواة بالقوة والثبات، وهذا ما يفسر استخدام السيرفرات العملاقة لنظام اللينكس. أشهر نظام يستعمل هذا النوع هو اللينكس والأندرويد.
النواة المصغرة (Micro kernel)
تقوم بتنفيذ معظم عملياتها في حيز المستخدم لكي تحافظ على توزيع وتفرقة المهام عن بعضها، وبهذا تسهل عملية تحسين وتطوير الشفرة المبرمجة. تعتمد النواة الصغرية على تقليل الوظائف المرتبطة بها. ونقل جزء كبير من خدمات نظام التشغيل منها إلى المستخدم مع الإبقاء على الوظائف الأساسية فقط، وهذا ما يجعلها تسمى بالنواة المصغرة. وتتميز النواة المصغرة بصغر حجمها، إذ تحتوي في المجمل على 50.000 سطر من الأكواد مقابل 6.000.000 للنواة الأحادية مثل لينكس 2.6.0
النواة المهجنة (Hybrid Kernel)
هي في الأساس نواة مصغرة تحوي كودًا غير أساسي في مساحة النواة؛ لأنها تعمل بشكل أسرع من وضعها في مساحة المستخدم. أشهر مستخدمي هذا النوع الويندوز والماك، مع العلم أن نواة الماك تختلف في عملها عن نواة الويندوز.
نواة النانو (Nano Kernel)
تمثل نظام التشغيل في طبقة تجريد الأجهزة الطبقة الأقرب إلى الارتباط بالمعالج، ويعتمد هذه النوع على تجزئة النواة إلى أجزاء صغيرة مما يوفر سرعة في التعامل مع ذاكرة RAM.
إكسو (Exo Kernel)
إكسو هي كلمة إغريقية، تعمل هذه النواة في مساحة المستخدم عكس الأنواع الأخرى، أما خدمات نظام التشغيل فتعمل بشكل مستقل.
إعداد: Nora Elshwemy
مراجعة: ميادة فخري
تدقيق: Wael Yassir
المصادر:
1. http://www.linfo.org/kernel.html
2. https://www.techopedia.com/definition/3277/kernel
3. https://techterms.com/definition/kernel
#الباحثون_المصريون
