Linux Kernel là gì và vai trò quan trọng trong hệ thống máy tính

Kernel là trụ cột quan trọng, đảm bảo hệ điều hành có thể thực hiện đồng thời nhiều process mà không gặp vấn đề treo, đơ do thiếu tài nguyên. Linux Kernel đóng vai trò quan trọng, liên kết giữa phần cứng máy tính và các chức năng của hệ điều hành Linux.

Khám Phá Về Linux Kernel

1. Linux Kernel - Ý Nghĩa?

Linux Kernel là cơ sở 'cốt lõi' của các phiên bản phân phối, hệ điều hành Linux, do Linus Torvalds phát triển từ năm 1991. Bản chất của Linux Kernel là phần mềm mã nguồn mở, miễn phí và rộng rãi sử dụng bởi cộng đồng phát triển trên khắp thế giới.

Về cấu trúc, Linux Kernel hoạt động dựa trên kiến trúc 'nguyên khối' (monolithic) - hệ điều hành hoạt động đầy đủ trong không gian kernel. Khác biệt với kiến trúc microkernel, kernel định nghĩa và kiểm soát cách hệ điều hành tương tác với phần cứng máy tính.

Linux Kernel không giống với các kernel nguyên khối thông thường khác, nó còn được tổ chức dưới dạng module, chấp nhận Linux Kernel Module (LKM) để hoạt động như driver thiết bị. Các LKM có thể được viết, duy trì và phân phối bởi các nhà sản xuất thiết bị hoặc các nhà phát triển, và có thể được tải hoặc gỡ bỏ khỏi hệ thống mà không cần khởi động lại hay biên dịch lại kernel.

Linux Kernel hỗ trợ nhiều tính năng hiện đại như đa nhiệm phủ đầu, bộ nhớ ảo, thư viện chia sẻ, quản lý bộ nhớ ở cấp hệ thống, phân luồng và nhiều tính năng hệ điều hành khác. Trình biên dịch mặc định của Linux Kernel là GCC.

2. Công Dụng Quan Trọng của Linux Kernel trong Hệ Thống Máy Tính

Linux Kernel đảm bảo quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống Linux, từ lập lịch cho các process đến cung cấp tài nguyên cho các ứng dụng. Dưới đây là mô tả về các nhiệm vụ quan trọng của Linux Kernel trong hệ thống máy tính:

2.1. Quản Lý Bộ Nhớ

Quản lý bộ nhớ là một nhiệm vụ cơ bản của Linux Kernel, bao gồm việc cấp phát và giải phóng bộ nhớ vật lý. Hệ thống sử dụng 3 cấp độ lưu trữ địa chỉ, trong đó page là đơn vị cơ bản của bộ nhớ, thường có kích thước là 4096 byte.

Hầu hết các tác vụ liên quan đến bộ nhớ được xử lý thông qua system call. Đơn vị quản lý bộ nhớ chịu trách nhiệm về Paging và Swapping trong bộ nhớ ảo. Bộ nhớ ảo được cấp cho mỗi process một cách riêng biệt, cung cấp lớp bảo vệ chống lại các chương trình độc hại.

Một số lệnh như 'htop' và 'atop' của Linux có thể được sử dụng để theo dõi thông tin liên quan đến bộ nhớ của các process đang chạy.

2.2. Quản Lý Process

Mỗi chương trình đang hoạt động trên hệ thống được gọi là process. Linux Kernel đảm nhiệm nhiệm vụ quản lý việc tạo, chạy và xóa mọi process. Các process yêu cầu CPU để thực thi các tác vụ của chúng.

Ngoài ra, Linux Kernel còn thực hiện IPC (Inter-Process Communication) để tạo kết nối giữa các process thông qua các cơ chế như Pipe và Semaphore.

Để nhanh chóng kiểm tra tất cả các process đang chạy và xem các thuộc tính như ưu tiên lập lịch và tỷ lệ phần trăm CPU sử dụng, bạn có thể sử dụng lệnh 'htop' trên cửa sổ Terminal.

2.3. Quản Lý Thiết Bị

Linux Kernel đóng vai trò như cầu nối quan trọng giữa hệ điều hành và phần cứng máy tính.

3. Các Thành Phần của Linux Kernel

Linux Kernel có thể được hiểu đơn giản như một trình quản lý tài nguyên, nơi quản lý các tài nguyên như process, bộ nhớ, và thiết bị phần cứng. Nó chịu trách nhiệm quản lý và phân quyền truy cập tài nguyên cho các ứng dụng.

Linux Kernel hiện diện trong không gian Kernel, nằm bên dưới User Space, là nơi mà các ứng dụng người dùng chạy. Để User Space có thể liên lạc với Kernel Space, GNU C Library được tích hợp để tạo nền cho giao diện System Call kết nối với Kernel Space và cho phép chuyển đổi trở lại User Space.

Nhìn chung, Linux Kernel có thể được phân thành 3 phần chính:

- Giao diện System Call: Là phần trên cùng, thực hiện các hoạt động cơ bản như đọc và ghi.
- Mã Kernel: Nằm dưới Giao diện System Call, chung cho tất cả các kiến trúc bộ xử lý được hỗ trợ bởi Linux.
- Mã Nguồn Phụ Thuộc vào Kiến Trúc: Nằm dưới mã nguồn phụ thuộc vào kiến trúc độc lập, tạo thành Bộ Hỗ Trợ Bo Mạch (BSP) - bao gồm một chương trình nhỏ được gọi là bootloader để đưa hệ điều hành và driver thiết bị vào bộ nhớ.

Các thành phần của Linux Kernel bao gồm: Giao diện System Call, Quản lý Process, Hệ Thống Tập Tin Ảo, Quản Lý Bộ Nhớ, Stack Mạng, Kiến Trúc và Driver Thiết Bị.

Trong đó:

- Giao diện System Call: Là tầng được sử dụng để thực hiện các lệnh gọi hàm từ User Space vào kernel. Giao diện này có thể phụ thuộc vào kiến trúc.
- Quản lý Process: Chủ yếu thực thi các process. Process Management còn được gọi là Thread / luồng trong kernel và đại diện cho một ảo hóa riêng lẻ của bộ xử lý cụ thể.
- Quản Lý Bộ Nhớ: Linux bao gồm các phương pháp để quản lý bộ nhớ khả dụng cũng như các cơ chế phần cứng cho các map vật lý và map ảo. Swap space cũng được hỗ trợ.
- Hệ Thống Tập Tin Ảo: Cung cấp lớp chuyển đổi giữa system call và các hệ thống tập tin được hỗ trợ bởi kernel.
- Stack Mạng: Được thiết kế như kiến trúc phân lớp được mô phỏng theo các giao thức cụ thể.
- Driver Thiết Bị: Phần lớn mã nguồn của kernel được lưu trữ trong Driver Thiết Bị, giúp phần cứng thiết bị cụ thể có thể sử dụng được. Linux cung cấp thư mục con driver được chia thành nhiều thiết bị khác nhau được hỗ trợ, chẳng hạn như I2C, Bluetooth, ....
- Mã Nguồn Phụ Thuộc vào Kiến Trúc: Mặc dù phần lớn Linux chạy trên kiến trúc độc lập, tuy nhiên có một số yếu tố cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả kiến trúc và hoạt động bình thường.

Linux bao gồm nhiều thư mục con và mỗi kiến trúc thư mục con lại có nhiều thư mục con khác. Các thư mục con này tập trung vào các nhiệm vụ cụ thể của kernel như quản lý bộ nhớ, boot, ... .

Vậy là bài viết của Mytour đã giải đáp thắc mắc về Linux Kernel là gì? Chức năng ứng dụng của Linux Kernel trong hệ thống máy tính. Hi vọng sau bài viết, bạn đọc sẽ thu được nhiều thông tin hữu ích về hệ điều hành này.

Nếu bạn muốn chạy hệ điều hành Linux trên Windows mà không biết cách, đừng lo, trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ hướng dẫn chi tiết cách tạo USB để chạy Linux trên Windows.