Kernel: entiende qué es y cómo funciona el kernel de Linux

Si estás investigando o estás en proceso de aprendizaje sobre el sistema Linux, sin dudas ya debes haber escuchado hablar sobre el Kernel de Linux, ¿no es así? Entender este concepto es esencial para comprender otras aplicaciones y recursos de este código abierto.

Así, entender qué es el kernel, no solo en Linux, sino en cualquier sistema operativo, así como cuáles son sus propósitos y variaciones, ampliará mucho tu bagaje de conocimiento.

Con esto en mente, desarrollamos este artículo completo, con todo lo que necesitas saber sobre el Kernel de Linux y sus particularidades. Solo continúa leyendo. ¡Échale un vistazo!

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¿Qué es el Kernel?

Kernel, en pocas palabras, es la matriz de cualquier sistema operativo. En una traducción literal del término, kernel significa núcleo, reforzando su importancia en la gestión de información y procesos.

Sin un kernel, nada funciona, ya sea una computadora o cualquier otro dispositivo que utilice un sistema operativo robusto, diseñado para satisfacer las necesidades de los usuarios.

Después de todo, el kernel se inicia en cuanto el dispositivo se enciende, realizando su función de reconocer, activar y optimizar el uso de los componentes físicos de la computadora, garantizando el máximo rendimiento.

¿Y cuál es su propósito?

El propósito del kernel, de manera simple, es unir los recursos físicos con los lógicos de un dispositivo. Es él quien dirige el uso de la memoria RAM y la placa de video cuando el usuario está intentando ejecutar juegos o programas más pesados, por ejemplo.

El kernel también es responsable de organizar, controlar y procesar los datos correspondientes a las solicitudes de los usuarios y las demandas de los componentes de hardware del dispositivo.

Así, todas las jerarquías de archivos, distribución de componentes para la asignación en memoria, además de la lectura y "traducción" de los datos en acciones, son responsabilidad de este núcleo.

En síntesis, él tiene un papel indispensable para el buen funcionamiento de cualquier sistema operativo y no puede ser ignorado. A continuación, entenderás en detalle cada función esencial del kernel.

Gestión de memoria

Todas las direcciones virtuales, el tamaño de archivos asignados (sean cuales sean: imágenes, textos, software, blocs de notas, fragmentos de disco esenciales... ), necesitan ser gestionados por el kernel.

Es él quien decide dónde se asignará cada elemento después de su lectura e identificación. También permite que el propio usuario modifique y reasigne sus archivos, según desee, y emite alertas cuando el sistema está a punto de sobrecargarse o quedarse sin espacio.

Gestión de procesos

Todos los procesos, desde el inicio del sistema operativo hasta el mantenimiento de los softwares y programas que se ejecutan simultáneamente son responsabilidad del kernel.

Tus clics con el mouse, solicitudes de ejecución de archivos y otras son atendidas por este núcleo, que decide qué información es más relevante para ser ejecutada primero por el procesador (o procesadores) disponible.

Gestión de dispositivos

Cada vez que insertas un nuevo dispositivo en los puertos USB o Bluetooth, ya sea una memoria USB, mouse, teclado, smartphone o impresora, el kernel lo identifica, lee y ejecuta, la mayoría de las veces en fracciones de segundo.

Así, todos los nuevos elementos acoplados al sistema pasan por la lectura y aprobación del kernel para estar listos para su uso, conectando el hardware (dispositivo físico) con los softwares y elementos internos de este.

Llamadas del sistema

Las llamadas del sistema, como el propio nombre sugiere, corresponden a la ejecución de comandos y solicitudes específicas, con mayor prioridad. Así, la solicitud es analizada por el kernel, que aprueba las actividades y permite que el sistema operativo regrese a la acción deseada.

Además de comprender todas las funcionalidades y características del kernel, así como su participación protagónica en nuestra vida cotidiana y convivencia con las máquinas, es necesario entender cuáles son los tipos de kernels existentes y qué los diferencia.

Tipos de Kernels

El kernel de Linux presenta varias posibilidades de variaciones. Puede ser monolítico, microkernel o híbrido. Cada uno cuenta con sus propias particularidades y características.

Es importante entender la diferencia entre los tipos de kernel y sus usos en Linux, a fin de complementar tu conocimiento y "conectar los puntos", para que la información tenga sentido.

Kernel monolítico

El Kernel monolítico está estructurado en un único archivo binario, un único proceso que se ejecuta íntegramente en modo protegido.

Posee un rendimiento superior en el paso de mensajes, pero presenta numerosas desventajas como la dificultad de modificaciones en el núcleo y el desperdicio de recursos, ya que los drivers de dispositivos permanecen constantemente en memoria, incluso cuando los dispositivos no están siendo utilizados.

Las implementaciones de Kernel Monolítico, al no tener diversos componentes esparcidos, tienen mayor inmunidad contra virus y otros programas maliciosos.

Microkernels

En el microkernel solo una pequeña parte del núcleo se ejecuta en modo protegido para acceder directamente al hardware, y también es responsable de la comunicación entre procesos y la gestión de memoria.

El resto del sistema se ejecuta en modo usuario, ya que realiza tareas que no requieren acceder directamente al hardware, y sus servicios clásicos están asegurados por procesos servidores.

En teoría este concepto vuelve el kernel más responsivo, ya que más código se ejecuta en el espacio del usuario y aumenta la estabilidad, ya que hay menos código en el espacio del kernel.

Además, como el sistema posee partes que se ejecutan como pequeños servicios, este tipo de implementación saca provecho de las arquitecturas multiprocesadas. Pero en contrapartida exige un gran esfuerzo de diseño de sus desarrolladores.

Los recursos del sistema se acceden a través de un protocolo cliente/servidor, y para incluir un nuevo servicio basta con añadir un nuevo servidor.

El microkernel posee un desempeño inferior al modelo monolítico, pero se pueden alterar sus partes sin la necesidad de reiniciar la máquina permitiendo la expansión a un sistema distribuido de forma más fácil.

Se puede entender el microkernel paralelo como un conjunto de microkernels locales cooperativos, uno en cada nodo de la máquina paralela. El punto crucial es la comunicación entre procesos sobre un mismo procesador o en procesadores diferentes, de acuerdo con un protocolo cliente/servidor.

El módulo responsable de la comunicación posee las funciones básicas para recibir mensajesoriginarios de otros procesadores, recibir resultados de operaciones ejecutadas remotamente y enviar mensajes destinados a otros procesadores.

Su organización está basada en el modelo cliente/servidor, donde los servicios del sistema son implementados por servidores especializados.

Los clientes, que son programas de aplicación, solicitan los servicios al sistema operativo que los encaminan a los procesos servidores. Estos reciben la solicitud y la ejecutan, enviando el resultado de vuelta al microkernel y luego a la aplicación.

Kernels Híbridos

De manera simple, el kernel híbrido reúne características del kernel monolítico y del microkernel, mezclando "lo mejor de ambos mundos" y formando una arquitectura nueva, totalmente interesante.

Considere, por ejemplo, las ventajas y desventajas de cada uno de los modelos anteriores:

• desventajas del kernel monolítico: desperdicio de recursos, ocupa espacio innecesario en la memoria, ya que ejecuta todos los drivers de una sola vez, sin que usted, necesariamente, los necesite;
• ventajas del kernel monolítico: seguridad y bajas probabilidades de ataques maliciosos;
• desventajas del microkernel: menor desempeño;
• ventajas del microkernel: responsividad y menor espacio ocupado en la memoria.

Pensando en esto, el kernel híbrido, así como el microkernel, evita la sobrecarga del sistema, a través de recursos de monoprocesamiento (o distribución de funciones), como ocurre en el kernel monolítico.

Un buen ejemplo de kernel híbrido es Windows NT, lanzado en la década de los 90. Entender estos puntos forma parte del aprendizaje sobre la arquitectura del sistema Linux, que se evalúa en diversas certificaciones.

Todo tendrá aún más sentido cuando estudie la historia de Linux, así como las proposiciones e idealizaciones de su creador, Linus Torvalds, llamado "el padre de Linux". Simplemente continúe leyendo para entender más.

¿Cómo funciona el sistema Kernel?

Sin duda el Kernel es la parte más importante de cualquier sistema operativo, siendo considerado el núcleo del sistema.

Es responsable de las funciones de bajo nivel, como gestión de memoria, de procesos, subsistemas de archivos, red, soporte a los dispositivos y periféricos conectados a la computadora.

El Kernel de Linux

El núcleo Linux (Linux kernel en inglés) es un núcleo monolítico de código abierto para sistemas operativos tipo UNIX.

Desarrollado para ambos sistemas computacionales, ya sea computadoras personales o servidores, normalmente en la forma de distribuciones Linux, y embebido en diversos dispositivos como:

• roteadores;
• puntos de acceso inalámbrico;
• PABXs;
• receptores de televisión;
• Smart TVs;
• DVRs;
• y dispositivos de almacenamiento en red.

Los sistemas operativos Android para Tablets, Smartphones y Smartwatches utilizan servicios provistos por el núcleo Linux para implementar sus funcionalidades.

Mientras que la adopción en computadoras de escritorio es considerada baja, los sistemas basados en Linux dominan prácticamente todos los demás segmentos de la computación: desde los pequeños dispositivos móviles hasta los robustos Mainframes.

Según el ranking de los 500 supercomputadores más poderosos del mundo, de noviembre de 2017, todos del ranking ejecutan Linux.

Linus Torvalds, el padre de Linux

El núcleo Linux fue concebido y creado en 1991 por Linus Torvalds para su computadora personal, sin ninguna intención multiplataforma.

Pero desde entonces, se ha expandido soportando un gran número de arquitecturas de computadoras, mucho más allá de los otros sistemas operativos o kernels.

Linux rápidamente atrajo desarrolladores y usuarios que lo adoptaron como núcleo para otros proyectos de software libre, notablemente, el sistema operativo GNU.

El núcleo Linux recibió contribuciones de aproximadamente 12.000 programadores, de más de 1.200 compañías, incluyendo algunas de las mayores proveedoras mundiales de software y hardware.

Como un núcleo no trabaja solo, el proyecto "GNU" ayudó a Linus Torvalds, creando así GNU/Linux.

Conclusión

¿Notó cómo, a pesar de parecer assustador, el término kernel es simple de entender? Su participación indispensable en cualquier sistema lo hace aún más didáctico y tangible, ya que ningún comando o software puede ser ejecutado sin él.

El kernel en Linux no es diferente: asume función maestra y necesita ser bien comprendido, especialmente por aquellos estudiosos que desean profesionalizarse y tener sus conocimientos validados a través de exámenes y pruebas de competencia.

Ahora, ya entiende parte de la arquitectura del sistema Linux, y está preparado para avanzar en su proceso de aprendizaje. Caso se esté preparando para una certificación, necesita información sólida, didáctica y lógica.

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