Пояснення понять «оболонка», «ядро» та «API»: основні рівні операційної системи

Звичайні користувачі, як правило, не замислюються над тим, як саме все працює на їхніх комп’ютерах. Ми зазвичай вмикаємо комп’ютер і використовуємо його для своїх потреб, але за лаштунками відбувається безліч процесів. Основними компонентами будь-якої ОС є оболонка та ядро.

Спочатку ці два терміни можуть здаватися дуже технічними, однак вони досить прості та цілком зрозумілі. У цій статті ми розповімо про основні відмінності між цими двома поняттями та пояснимо, чому вони важливі для будь-якої ОС.

Основні функції ядра

Ядро є основним елементом ОС і безпосередньо взаємодіє з апаратним забезпеченням комп’ютера. Головна роль цієї частини полягає в тому, щоб з’єднати апаратне забезпечення з додатками таким чином, щоб програмні додатки могли працювати без будь-яких проблем, пов’язаних із сховищем, пам’яттю та пристроями.

Це означає, що коли ви граєте в гру або просто переглядаєте веб-сторінки на своєму комп’ютері, цей компонент необхідний для безперебійного функціонування та управління ресурсами. У будь-якій ОС процес пов’язаний із такими елементами: пам’яттю (дані, купа, стек), блоком керування процесом та метаданими планування.

Основні функції ядра

• Управління пам’яттю. Це означає, що ядро необхідне для виділення оперативної пам’яті додаткам та звільнення її, коли вона не потрібна.
• Управління процесами. На ваших комп’ютерах виконується безліч завдань, навіть коли ви працюєте лише в одному додатку. Отже, ядро розподіляє час процесора та встановлює правильний порядок виконання завдань.
• Управління пристроями. Кожен пристрій, наприклад принтер, клавіатура, графічний процесор або жорсткий диск, повинен якимось чином взаємодіяти з ОС. Для забезпечення належної взаємодії між програмним та апаратним забезпеченням використовуються спеціальні драйвери.
• Захист та безпека. Ядра також забезпечують, щоб певні програми не мали доступу до обмежених частин апаратного забезпечення та пам’яті. Крім того, це сприяє ізоляції процесів.
• Робота з файловою системою. Це допомагає створити певну структуру для пошуку та зберігання даних. Наприклад, ядро виконує функції збереження, відкриття та видалення файлів у фоновому режимі.

Щоб отримати більш практичне пояснення, розглянемо процес роботи музичного плеєра. Ядро виділяє необхідну пам’ять для програми, потім перевіряє, чи процесор її обробляє, взаємодіє з аудіопристроєм, а потім керує доступом до файлів.

Типи ядер

Залежно від ОС використовуються різні типи ядер, такі як:

• Мікроядро. У цьому випадку в ядрі працюють лише необхідні служби, а решта — окремо (Minix).
• Монолітичне. Усі служби працюють в одному великому блоці коду (Linux).
• Гібридне. Поєднує риси мікроядра та монолітного ядра (Windows).

Категорії оболонок

Оболонка — це інтерфейс, що забезпечує взаємодію між ядром та користувачем. Вона працює таким чином: приймає команди від кінцевого користувача та передає їх до ядра, а потім повідомляє користувачеві про кінцевий результат. Усі процеси в ядрі непомітні для користувача, тоді як оболонка є видимою, оскільки ви безпосередньо взаємодієте з нею.

Типи оболонок

• Оболонка командного рядка (CLI). Вона працює за допомогою команд. Основними прикладами є Zsh, Bash та PowerShell. Спочатку цей тип може здаватися дуже складним, але насправді він є корисним для адміністраторів, розробників та звичайних користувачів.
• Графічна оболонка (GUI). Цей тип вважається найпоширенішим варіантом, у якому є піктограми, вікна та різноманітні меню. Основними прикладами є Finder, Windows Explorer та GNOME.    

Основні відмінності між ядром та оболонкою

Процес взаємодії між ядром та оболонкою

Щоб краще зрозуміти цей процес, розглянемо один конкретний приклад:

1. Дія користувача — клацання на файлі в Windows.

2. Оболонка — розпізнає команду та перенаправляє її до ядра.

3. Ядро — отримує файл із сховища, виділяє пам’ять та готує необхідну інформацію.

4. Оболонка — виводить необхідний вміст на екран.

Підсумок

Підсумовуючи, оболонка — це інтерфейс, який допомагає користувачам взаємодіяти з ядром. У той час як ядро відповідає за взаємодію між апаратним та програмним забезпеченням. Обидва ці елементи є надзвичайно важливими, і вони непомітно працюють, щоб зробити роботу користувача більш плавною.