¿Qué es un kernel en un sistema operativo? ¿Cuáles son los tipos de núcleo?

Un kernel es el componente central de un sistema operativo (SO). Es responsable de administrar los recursos del sistema y de proporcionar servicios a los programas de usuario. Hay dos tipos de kernel: monolítico y microkernel. Un núcleo monolítico es un único archivo ejecutable de gran tamaño que contiene todo el código del sistema operativo. Los núcleos monolíticos suelen ser más rápidos y eficientes que los micronúcleos, pero también son más difíciles de diseñar y depurar. Un microkernel es un kernel pequeño y modular que contiene solo el código necesario para la funcionalidad básica del sistema. Los microkernels suelen ser más flexibles y fáciles de diseñar y depurar que los kernels monolíticos, pero pueden ser más lentos y menos eficientes.

Todo sistema operativo, ya sea Windows, Mac, Linux o Android, tiene un programa básico llamado Centro quien actúa como el 'jefe' de todo el sistema. ¡Este es el corazón del sistema operativo! El kernel no es más que un programa de computadora que controla todo lo demás. Todo lo que sucede en la computadora pasa por ella. En esta publicación, discutiremos qué es un kernel en el sistema operativo y los diferentes tipos de kernels.

¿Qué es un kernel en el sistema operativo?

Ahora que sabemos que este es el programa principal en el sistema operativo, también debemos saber que este es el primer programa que se carga después del gestor de arranque. Luego realiza toda la negociación entre el hardware y el software o las aplicaciones. Entonces, si ejecuta un programa, la interfaz de usuario envía una solicitud al kernel. Luego, el kernel envía una solicitud a la CPU, la memoria para asignar potencia de procesamiento, memoria y otras cosas para que la aplicación pueda ejecutarse sin problemas en la interfaz.

Puedes pensar en el núcleo como un traductor. Traduce las solicitudes de E/S del software en un conjunto de instrucciones para la CPU y la GPU. En pocas palabras, es la capa entre el software y el hardware la que hace que todo sea posible. El núcleo gestiona lo siguiente:

1. CPU/GPU
2. Memoria
3. E/S o dispositivos de E/S
4. Administracion de recursos
5. Gestión de la memoria
6. Gestión de dispositivos
7. llamadas del sistema.

Los procesos de usuario solo pueden acceder al espacio del kernel mediante llamadas al sistema. Si el programa intenta acceder directamente, dará como resultado un error.

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Seguridad y protección del núcleo

El kernel también protege el hardware. Si no hay protección, cualquier programa podrá realizar cualquier tarea en la computadora, incluido el bloqueo de la computadora, la corrupción de datos, etc.

En las computadoras modernas, la seguridad se implementa a nivel de hardware. Por ejemplo, Windows no cargará controladores que no sean de una fuente confiable y que no estén certificados con una firma. Arranque seguro y Arranque de confianza son ejemplos clásicos.

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Arranque seguro: Este es un estándar de seguridad desarrollado por la industria de PC. Ayuda a proteger su sistema contra el malware al evitar que se ejecuten aplicaciones no autorizadas durante el inicio del sistema. Esta función garantiza que su computadora solo se inicie utilizando software en el que confía el fabricante de la PC. Por lo tanto, cada vez que se inicia su computadora, el firmware verifica la firma de cada pieza de software de arranque, incluidos los controladores de firmware (ROM de opción) y el sistema operativo. Si se verifican las firmas, la computadora arranca y el firmware pasa el control al sistema operativo.

Arranque de confianza: utiliza virtuales Modulo de plataforma confiable (VTPM) para verificar la firma digital del kernel de Windows 10 antes de iniciarlo. A su vez, confirma todos los demás componentes del proceso de inicio de Windows, incluidos los controladores de inicio, los archivos de inicio y ELAM. Si el archivo ha sido alterado o modificado de alguna manera, el cargador lo detecta y se niega a cargarlo, reconociéndolo como un componente corrupto. En resumen, proporciona una cadena de confianza para todos los elementos en el momento de la carga.

¿Cuáles son los tipos de kernel?

El núcleo también puede comunicarse con el hardware a través de una línea segura. De esta forma, las empresas pueden desarrollar un kernel que pueda interactuar con su hardware mediante un conjunto de botones. Tomemos, por ejemplo, una lavadora. Dependiendo de las perillas que esté moviendo y el tiempo establecido, un nivel de kernel básico debería ser suficiente. Sin embargo, los propios kernels se vuelven más complejos con el tiempo, lo que da como resultado tipos de kernel.

1. Núcleo monolítico: Aquí, tanto el sistema operativo como el kernel se ejecutan en el mismo espacio de memoria y son adecuados donde la seguridad realmente no importa. Esto da como resultado un acceso más rápido, pero si hay un error en el controlador del dispositivo, todo el sistema falla.
2. Micronúcleo: Esta es una versión reducida del Monolithic Kernel donde el propio kernel puede hacer la mayor parte del trabajo y no hay necesidad de una GUI adicional. Deben usarse donde la seguridad y la falla del sistema no están presentes o no ocurrirán.
3. Núcleo híbrido: Este núcleo es lo que más vemos. Windows, macOS de Apple. Son una mezcla de un kernel monolítico y un microkernel. Elimina los controladores pero mantiene los servicios del sistema dentro del kernel, de forma similar a cómo se cargan los controladores cuando Windows inicia el proceso de arranque .
4. Nano-núcleo: Si necesita tener un kernel, pero la mayoría de sus características son configurables externamente, entonces esto se vuelve obvio.
5. Núcleo Exo: Este kernel solo ofrece protección de procesos y manejo de recursos. Sin embargo, se usa principalmente cuando está probando su propio proyecto y se está moviendo a un mejor tipo de kernel.

El núcleo es mucho más de lo que hemos estado hablando. A medida que profundiza, la definición de kernel se vuelve más y más amplia.

Esperamos que esta publicación haya sido fácil de entender y lo ayude a comprender los conceptos básicos.