El Núcleo.- Componente que interactúa directamente con el hardware. Contiene un conjunto de rutinas que hacen posible la ejecución de los programas y la comunicación entre ellos y el Hardware, es el que gestiona la entrada y salida del sistema, adaptándolas al hardware del sistema.
Núcleo (Kernel) y Niveles de un Sistema Operativo
Definición.
Es el software que constituye el núcleo del sistema operativo, dónde se realizan las funcionalidades básicas como la gestión de procesos, la gestión de memoria y de entrada salida.
El “kernel” del sistema operativo controla todas las operaciones que implican procesos y representa sólo una pequeña porción del código de todo el Sistema Operativo pero es de amplio uso.
Niveles del Sistema Operativo
Concepto de Kernel
Para que una computadora pueda arrancar y funcionar, no es necesario que tenga un núcleo para poder usarse.
Los programas pueden cargarse y ejecutarse directamente en una computadora «vacía», siempre que sus autores quieran desarrollarlos sin usar ninguna abstracción del hardware ni ninguna ayuda del sistema operativo. Ésta era la forma normal de usar muchas de las primeras computadoras: para usar distintos Proceso ,Cliente ,Servidor de Archivos ,Servidor de Impresión y Núcleo.
programas se tenía que reiniciar y reconfigurar la computadora cada vez. Con el tiempo, se empezó a dejar en memoria (aún entre distintas ejecuciones) pequeños programas auxiliares, como el cargador y el depurador, o se cargaban desde memoria de sólo lectura. A medida que se fueron desarrollando, se convirtieron en los fundamentos de lo que llegarían a ser los primeros núcleos de sistema operativo.
El kernel presenta al usuario o los programas de aplicación una interfaz de programación de alto nivel, implementando la mayoría de las facilidades requeridas por éstos. Reúne el manejo de una serie de siguientes conceptos ligados al hardware de nivel más bajo:
Procesos (tiempo compartido, espacios de direccionamiento protegidos);
Señales y Semáforos;
Memoria Virtual ("swapping", paginado);
Sistema de Archivos;
Tubos ("pipes") y Conexiones de red.
Una tubería (pipe) se puede considerar como un canal de comunicación entre dos procesos.
Los mecanismos que se utilizan para manipular tuberías son los mismos que para archivos, con la única diferencia de que la información de la tubería no se almacena en el disco duro, sino en la memoria principal del sistema. Este mecanismo de comunicación consiste en la introducción de información en una tubería por parte de un proceso (similar a la escritura en un archivo de disco).
Posteriormente otro proceso extrae la información de la tubería (similar a la lectura de información almacenada en un archivo de disco) de forma que los primeros datos que se introdujeron en ella
son los primeros en salir. Este modo de funcionamiento se conoce como FIFO (First In, First Out; el primero en entrar es el primero en salir). La comunicación mediante tuberías es de tipo half-duplex,
es decir, en un instante dado, la comunicación solamente puede tener lugar en un sentido. Si se quiere que un proceso A pueda simultáneamente enviar y recibir información de otro B, en general
se debe recurrir a crear dos tuberías, una para enviar información desde A hacia B y otra para enviar desde B hacia A.)
Una parte del kernel es independiente de los dispositivos presentes en el sistema, pero otra contiene los controladores necesarios para manejar partes específicas del hardware. El kernel interpreta los pedidos de los programas y los traduce en secuencias de bits que, presentadas a los registros de los controladores, operan sobre los dispositivos físicos. Por ejemplo el código de un kernel de Linux está escrito casi todo en C, salvo una pequeña parte en lenguaje ensamblador para los procesos de bajo nivel. El tamaño puede ir desde unos 400 KB hasta más de 50 MB de código fuente.
Tipos de Núcleos.
En función del tamaño y de las funcionalidades que posea el kernel podemos clasificarlo. Realmente, y pese a seguidores incondicionales en un modelo u otro, existe una tendencia básica a reducir el tamaño del núcleo proporcionando menos funcionalidades, que son desplazadas a módulos que se cargan en tiempo de ejecución. En función a esta idea tenemos tres tipos fundamentales de kernel:
Kernel monolítico
Todas las funcionalidades posibles están integradas en el sistema. Se trata de un programa de tamaño
considerable que deberemos recompilar al completo cada vez que se quiera añadir una nueva posibilidad. Estaes la estructura original de Linux. Por tratarse de una técnica clásica y desfasada el creador de Linux fue muy criticado. Ejemplos: los primeros kernels de Linux, UNIX y DOS
Kernel modular
Se trata de la tendencia actual de desarrollo. En el kernel se centran las funcionalidades esenciales como la administración de memoria, la planificación de procesos, etc. Sin embargo no tiene sentido que el núcleo de un sistema operativo englobe toda la parafernalia para comunicarse con todas las posibles de tarjetas de vídeo o de sonido. En otros sistemas operativos esto se soluciona con unos archivos proporcionados por el fabricante llamados drivers. En Linux se creó una interfaz adecuada para posibilitar el desarrollo de módulos que cumplieran esas funcionalidades. Esos módulos pueden ser compilados por separado y añadidos al kernel en tiempo de ejecución. Ejemplo: Actualmente el kernel de linux.
Estructura de Microkernel
Esta técnica pretende reducir a su mínima expresión el kernel, dejando a los niveles superiores el resto de las funcionalidades. Existen algunos kernels que lo utilizan, si bien el que centra nuestra atención es Hurd. Se trata del último kernel GNU llamado a sustituir a Linux como núcleo del sistema operativo. Aunque esta estrategia de diseño es tan antigua como la modular, no ha sido tenida en cuenta hasta ahora debido a las limitaciones de rendimiento que tenía. Ejemplos: AIX, La familia de micronúcleos L4, El micronúcleo Mach (usado en GNU Hurd y en Mac OS X), Minix, MorphOS, QNX, RadiOS, VSTa
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