Red Hat SummitDefinição
O kernel Linux® é o principal componente de um sistema operacional Linux e é a interface central, ou núcleo, entre o hardware de um computador e seus processos. Ele estabelece a comunicação entre ambos, gerenciando recursos com a maior eficiência possível.
"Kernel" em inglês significa "núcleo" ou "grão" e é seguindo essa analogia que ele existe no sistema operacional: o kernel controla todas as principais funções do hardware, seja este um smartphone, um laptop, um servidor ou qualquer outro tipo de computador.
Funções do kernel
O kernel tem quatro funções:
- Gerenciar memória: ele monitora o volume de memória utilizado para armazenar arquivos, dados, etc. em determinado ambiente.
- Gerenciar processos: ele determina quais processos podem usar a unidade central de processamento (CPU), quando podem usar e por quanto tempo.
- Drivers de dispositivos: ele atua como intermediário/intérprete entre o hardware e os processos executados.
- Chamadas do sistema e segurança: ele recebe solicitações dos processos para a execução de serviços.
O kernel, se implementado corretamente, é imperceptível para o usuário. Ele funciona por conta própria, em um "minimundo" chamado espaço do kernel, onde aloca a memória e monitora onde todas as coisas são armazenadas. O que o usuário vê, por exemplo, os navegadores da web e arquivos, é chamado de espaço do usuário. As aplicações interagem com o kernel por meio de uma interface de chamadas do sistema (SCI).
Pense assim: o kernel é como se fosse o assistente pessoal de um executivo poderoso (o hardware). É trabalho do assistente transmitir ao executivo as mensagens e solicitações (processos) dos funcionários e do público (usuários), lembrar o que está armazenado e onde (memória) e determinar quem pode ter acesso ao executivo, em que horário e por quanto tempo.
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Kernel e o sistema operacional
Para contextualizar melhor o local do kernel, imagine que a máquina Linux seja formada por três camadas:
- Hardware: é a máquina física, a base do sistema composta de memória (RAM) e unidade central de processamento (CPU), além de alguns dispositivos de entrada e saída (E/S), como disco de armazenamento, componentes de rede e placa gráfica. A CPU executa os cálculos e faz leituras/gravações na memória.
- Kernel do Linux: é o núcleo do sistema operacional (está bem no meio). Trata-se do software que reside na memória e instrui a CPU sobre o que fazer.
- Processos do usuário: são os programas em execução gerenciados pelo kernel. O conjunto de processos do usuário formam o espaço do usuário. Os processos do usuários também são chamados apenas de processos. Além disso, o kernel estabelece a comunicação entre esses processos e os servidores, o que é conhecido como comunicação entre processos (IPC).
O código é executado pelo sistema nas CPUs em dois modos distintos: modo kernel ou modo de usuário. Quando executado no modo kernel, o código tem acesso irrestrito ao hardware. Já no modo de usuário, o acesso fica restrito à CPU e à memória na SCI. Há uma separação semelhante na memória: espaço do kernel e espaço do usuário. Esses dois detalhes formam a base de algumas operações complicadas, como a separação de privilégios para fins de segurança, criação de containers e uso de máquinas virtuais.
Isso também significa que se um processo falhar no modo do usuário, o dano será limitado e poderá ser recuperado pelo kernel. No entanto, como ele tem acesso à memória e ao processador, uma falha de processo do kernel pode travar o sistema inteiro. Mas, por haver medidas de segurança a postos e permissões necessárias para ultrapassar certos limites, as falhas nos processos do usuário normalmente não causam grandes problemas.
Além disso, como o kernel do Linux pode continuar funcionando durante a aplicação de live patching, não há downtime enquanto os patches são aplicados para correções de segurança.
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