افزایش طول عمر SSD؛ طول عمر یک SSD به چه عواملی بستگی دارد؟

سال‌ها پیش بسیاری از مدیران IT در مواجه با خرابی‌های غیرمنتظره سیستم نگران از دست دادن داده‌های حیاتی سازمان بودند. به همین دلیل است که سازندگان زمان زیادی را صرف متقاعد کردن مردم به این موضوع کردند که هاردهای SSD برای مدیریت اطلاعات حساس بسیار ایمن هستند. در مقایسه با هارد دیسک معمولی که محتویات خود را روی صفحه مغناطیسی نگه می‌دارد،SSD  شکل جدیدی از ذخیره سازی را ارائه می‌دهد. این هارد دیسک از یک کنترلر و چندین تراشه برای ذخیره داده‌ها تشکیل شده است. هنوز هم این که طول عمر SSD چگونه افزایش می‌یابد برای افراد بسیاری یک سوال باقی مانده. بنابراین، بیاید با عواملی که در افزایش طول عمر SSD تاثیرگذارند بیشتر آشنا شویم!

طول عمر SSD چقدر است؟

از آنجایی که SSD هنوز هم یک فناوری نسبتا جدید هستند، اطلاعات دقیقی در مورد طول عمر آن‌ها در دسترس نیست؛ اما انتظار می‌رود که در صورت استفاده منظم برخی از آن‌ها ده سال یا بیشتر عمر کنند. از نظر عملکرد، ابزار اصلاح سازی یا TRIM بسیار مهم‌تر از طول عمر SSD است. TRIM ابزاری برای پاک کردن داده‌هایی است که دیگر استفاده نمی‌شوند. همچنین این ابزار با ادغام داده‌هایی که کاربرد کمتری دارند، منابع بیشتری را آزاد می‌کند. جالب است که عملکرد SSD پس از پر شدن هارد درایو به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. به همین دلیل، برخی از کسب و کارها ظرفیت SSD را بین 75 تا 80 درصد محدود کرده‌اند. در نهایت با به ‌روز رسانی منظم فریمورهای این درایو، طول عمر SSD آن افزایش می‌یابد تا به بالاترین حد عملکرد و پایداری برسید.

چه عواملی بر افزایش طول عمر SSD تاثیر می‌گذارد؟

بررسی چند فاکتور مهم می‌تواند به شما در خرید SDD کمک کند. نکته اینجاست، SSD از بسیاری جهات نوعی ذخیره سازی مبتنی بر فلش است و بنابراین خواندن، نوشتن و پاک کردن داده‌ها را به صورت الکترونیکی انجام می‌دهد. از آنجایی که این درایوها غیرمکانیکی هستند، غالبا با مشکلاتی همراهند. به عنوان مثال، آن‌ها فقط مقدار مشخصی از چرخه‌های خواندن و نوشتن را انجام می‌دهند و در این مورد محدودیت دارند. اما نگران نباشید، یک SSD معمولی می‌تواند حدود دوهزار ترابایت داده را مدیریت کند.

قطعی برق به SSD آسیب می‌رساند

قطعی برق مدت‌هاست که برای رایانه‌ها و درایوها دردسرساز شده است و این موضوع درمورد SSD هم صدق می‌کند. اگر مراقب نباشید، این قطعی‌ها باعث از کار افتادن SSD شما می‌شوند. یا اگر برق هنگام انتقال داده‌ها به درایو قطع شود، ممکن است تمام اطلاعات را از دست بدهید.

بهترین راه برای جلوگیری از این مشکل و البته افزایش طول عمر SSD این است که مطمئن شوید رایانه شما به یک UPS یا منبع تغذیه وصل است. UPS شبیه به محافظ برق است اما با یک باتری بزرگ‌تر که کامپیوتر شما را فقط برای چند دقیقه روشن نگه می‌دارد. علاوه بر این، کم و زیاد شدن برق نیز ممکن است به هارد دیسک آسیب برساند، به همین دلیل بهتر است یک محافظ برق تهیه نمایید.

دمای بالا به SSD آسیب می‌رساند

SSD در دماهای سرد و گرم عملکرد بهتری از HDD دارد. البته بهتر بودن به این معنی نیست که این درایوها کاملا بی نقص هستند. اگر ادامه مطلب...

نانو سرور؛ نسخه‌ای از ویندوز سرور بهینه سازی شده در بستر Cloud

هر کسی که با یک سیستم فناوری اطلاعات به همراه ده‌ها برنامه و سرور سروکار دارد، می‌داند که به روز رسانی و نگهداری آن‌ها چقدر دشوار است. معمولا برنامه‌های مختلف به روز رسانی‌های متفاوتی دارند و به چندین سرور به صورت جداگانه نیاز دارند. داشتن 30 سرور یا بیشتر در یک اتاق سرور معمولی اتفاق عجیبی نیست. البته فناوری مجازی سازی در دنیای امروز ما تعداد سرورهای فیزیکی را به طور قابل توجهی کاهش داده است. Nano Server مایکروسافت یک نسخه از ویندوز سرور است که برای اجرای برنامه‌ها در کلود و بدون نیاز به سخت افزارهای سنگین به دنیای تکنولوژی معرفی شد. اخیرا تمرکز مایکروسافت حرکت به سمت کلود است. ما همواره شاهد تغییراتی در تمام محصولات این شرکت مانند: ویندوز، آفیس و حتی ابزارهای سازمانی بوده‌ایم. بسیاری از ویژگی‎ های جدید و بهبود یافته در این محصولات یافت می‌شوند که خدمات ابری کارآمد را ممکن می‌سازد. تمرکز این مقاله بر روی یکی از همین سرویس‌هاست. نانو سرور مایکروسافت در آستانه ورود به عصر جدیدی در محاسبات سرور است که در ادامه بیشتر با فناوری جدید آن آشنا می‌شوید.

نانو سرور چیست و چه تفاوتی با ویندوز سرور دارد؟

مایکروسافت Nano Server را به عنوان «سیستم عامل هدفمند طراحی شده برای اجرای برنامه‌ها در ابر» توصیف می‌کند. این فناوری برای اجرای خدمات و مدیریت از راه دور طراحی شده است. سیستم‌ عامل کوچک نانو سرور اجزای کمتری نسبت به سیستم ‌عامل ویندوز سرور دارد. به عنوان مثال، در سرورهای نانو رابط کاربری گرافیکی وجود ندارد و به طور قابل توجهی کوچک‌تر از ویندوزسرور است. این ویژگی مقیاس پذیری را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

هنگام استفاده از این نوع سرور هیچگونه محیط گرافیکی GUI برای شما ایجاد نمی‌شود و همه چیز از طریق پاورشل PowerShell یا دیگر ابزارهای متصل به سرور انجام خواهد شد. در واقع Nano Server نسخه سبک شده ویندوز سرور است که در مقایسه با آن درصد خطای کمتری دارد. هکرها معمولا به Nano Server حمله نمی‌کنند و بنابراین خطرات و تهدیدات بر روی نانو سرورها بسیار کم است.

نانو سرورها در یک نگاه

نرم افزارهای سازمانی مانند: Windows Server 2016 به طور خاص با در نظر گرفتن پیکربندی‌های ابری ساخته می‌شوند. مایکروسافت Nano Server را طراحی کرده است تا دوباره یکی دیگر از اجزای کلیدی استراتژی خود را ارائه دهد و خود را در بازار رقابتی ارائه دهندگان ابر نگه دارد.

مایکروسافت تشخیص داد که برای عملکرد بهتر ماشین مجازی (VM) در سرور ویندوز باید تغییراتی ایجاد شود. راهکار مایکروسافت این بود که اندازه ماشین مجازی ویندوز سرور را تغییر دهند، در نتیجه یک نسخه از این سرویس تولید شد که مجموعه‌ای از برنامه‌ها و خدمات را با بهره وری بسیار زیاد اجرا کند. همینجا بود که نانو سرور متولد شد. Nano Server یک سیستم عامل است که برای استفاده در ابرهای خصوصی و مراکز داده بهینه شده است. سرور نانو به فضای دیسک بسیار کمتری نیاز دارد، راه اندازی آن سریع‌ است و به آپدیت کمتری نسبت به ویندوز سرور نیاز دارد.

چرا باید از Nano Server استفاده کنید؟

قطعا باید استفاده از سرور نانو را شروع کنید، اما  ادامه مطلب...

روتر مجازی چیست و چه نقشی در شبکه‌های امروزی دارد؟

فرض کنید مدیر IT یک شرکت هستید و وقتی به دیتاسنتر می‌روید، مجموعه‌هایی از روترها را می‌بینید که هرکدام در دنیایی از سیم‌ و کابل‌ غرق شده‌اند. وقتی نام "روتر مجازی" را می‌شنوید، به جایگزین شدن این کابل‌ها با نمونه‌های شناور در فضا فکر می‌کنید و لبخند می‌زنید. حالا فرض کنید مدیر مالی هستید که صورتحساب صدها روتر رو به روی شما قرار گرفته است و باید به پرداخت آن‌ها فکر کنید. نام "روتر مجازی" را می‌شنوید و به تمام شدن آن هزینه‌های بزرگ و کوچک فکر می‌کنید و لبخند می زنید. مهم‌ترین دلیل لبخندها این است که روترهای مجازی در فضای مخابراتی اکنون واقعا جایگزین برخی از دستگاه‌های فیزیکی شده‌اند. مطمئنا اگر اپراتورهای شبکه بتوانند از روترهای مجازی استفاده کنند، شرکت‌ها نیز می‌توانند این کار را انجام دهند. روتر مجازی در واژگان شبکه امروزی یک نمونه نرم‌افزاری از عملکرد روتر است که عموما برای اجرا بر روی یک سرور تجاری (COTS) طراحی شده است.

با استقبال کسب‌وکارها از فرصت‌های تحول دیجیتال، مجازی‌سازی عملکرد شبکه (NFV) در حال افزایش است. با جدا کردن نرم‌افزار از سخت‌افزار در شبکه، کسب‌وکارها می‌توانند از سخت‌افزار (COTS)  استفاده کنند که در زبان محاوره‌ به عنوان «white box» شناخته می‌شود. این نرم افزار برای انجام وظایف شبکه و کاهش چشمگیر هزینه‌های زیرساخت کاربرد بسیاری دارد. روتر مجازی (vRouters) شکل نسبتا جدیدی از NFV است که به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا شبکه را با استفاده از رویکرد SDN راه اندازی کنند. اما روترهای مجازی دقیقا چیست؟ چگونه کار می‌کند، در کجا از آن استفاده می‌شود، و مهم‌تر از همه چرا برای کسب و کار شما اهمیت دارد؟ در ادامه با ما همراه باشید.

روتر مجازی چیست؟

روتر مجازی یک برنامه کامپیوتری است که همان نقش روتر فیزیکی را انجام می‌دهد. vRouters جایگزین روترهای فیزیکی نمی‌شود، اما عملکرد مشابهی را انجام می‌دهد و می‌توانید از آن‌ها به عنوان جایگزینی برای شبکه‌های بزرگ استفاده کنید. تنها مشکل این است که در صورت خراب شدن نمی‌توانید آن‌ها را به صورت فیزیکی تعمیر کنید.

روتر مجازی با جداسازی وظایف سخت افزاری از نرم افزاری کار می‌کند. این بدان معناست که بیش از یک سیستم یا برنامه می‌توانند به صورت همزمان از سخت‌افزار استفاده کنند و در نتیجه هزینه خرید سخت‌افزار جدید کمتر می‌شود. کسب و کارهایی با شبکه‌های بزرگ و پیشرفته برای رفع نیازهای تجاری خود به ویژگی‌های پیشرفته‌تری در روترها نیاز دارند و عملکردهای ابتدایی روتر برای رفع این روترها کافی نیست. اینجاست که vRouters وارد می‌شود. برای درک اینکه چرا شرکت‌ها به روترهای مجازی نیاز دارند، باید در ابتدا ویژگی‌های اساسی این روترها را درک کنیم.

روتر مجازی از چه بخش هایی تشکیل شده است؟

روتر با ارسال بسته‌های داده (واحدهای کوچک اطلاعات) در شبکه اینترنتی کار می‌کند. این واحدها مانند اتومبیل در یک بزرگراه حرکت می‌کنند. آن‌ها فقط می‌توانند در یک مسیر که "پیوند" نامیده می‌شود، حرکت کنند. ساده‌ترین شکل این پیوند کابل است که دو قطعه سخت افزاری را به هم متصل می‌کند. روتر مجازی با تقسیم بخش‌های مختلف بسته‌ها را انتقال می‌دهد. سه قسمت مهم در روترهای مجازی وجود دارد:

پارتیشن بندی سخت افزاری: در این روش، بخش‌های سخت افزاری روتر از هم جدا می‎شوند تا هر پارتیشن بسته‌ها را طوری مدیریت کند که گویی کنترل تمام مسیریابی های سیستم را انجام می‌دهد.

مجازی سازی: در این روش چندین روتر کوچک‌تر روی سخت افزار اجرا می‌شوند. این اجازه می‌دهد تا روترهای مجازی مختلف به طور مستقل و بدون تداخل با یکدیگر کار کنند.

پارتیشن بندی نرم افزار: روش سوم نرم افزار را به گونه‌ای تقسیم بندی می‌کند که بسته‌ها در حین کار سیستم به ترتیب از یک پارتیشن به پارتیشن دیگر حرکت م‌کنند. آن‌ها با توجه به عملکردشان اولویت بندی می‌شوند، بنابراین از پهنای باند بیشتری نسبت به روش‌های دیگر استفاده می‌کنند.

مزیت کلیدی استفاده از روترهای مجازی

روترهای مجازی مزایای زیادی نسبت به  ادامه مطلب...

دلایل پیدایش و ساخت زیروکلاینت؛ معرفی اولین تولید کننده زیروکلاینت در جهان

شاید در بسیاری از ترندهای تکنولوژی نام «زیروکلاینت» را دیده باشید. این فناوری مزایای زیادی دارد و در عین حال هزینه‌ها را کاهش داده و عملکرد سریع‌تری را نسبت به کامپیوترهای سنتی ارائه می‌دهد. بحث بر سر نقاط قوت و ضعف زیروکلاینت‌ها در محیط محاسباتی تا سال‌ها ادامه داشته است. در حال حاضر، زیروکلاینت‌ها به عنوان روشی مناسب برای کاهش هزینه‌های سازمان‌ها در سراسر جهان شناخته شده‌اند. در این مقاله به بررسی ویژگی های این دستگاه می‌پردازیم و اولین تولید کننده زیروکلاینت در جهان را معرفی می‌کنیم.

تعریف زیروکلاینت به زبان ساده

زیروکلاینت درست مانند یک کامپیوتر معمولی می‌تواند سرویس رایانه‌ای مورد نیاز کاربران را ارائه دهد. این دستگاه برای ارائه سرویس به کاربر به یک یک سرور مرکزی و بستر شبکه نیاز دارد. زیرو کلاینت‌ها نیز مانند هر سیستم دیگری دارای سیستم‌عامل و منابع سخت افزاری (رم، پردازنده، فضای ذخیره سازی و…) هستند. این دستگاه بسته به نوع ارتباطش با سرور مرکزی و نحوه عملکردش در چند دسته متفاوت قرار می‌گیرد. زیروکلاینت‌های RDP، زیروکلاینت های VDI، زیروکلاینت های DDP و زیروکلاینت های رسیوری از انواع آن‌هاست.

اولین تولیدکننده زیرو کلاینت در جهان

شرکت ترادیسی (Teradici) یک شرکت نرم‌افزار خصوصی بود که در سال 2004 تاسیس و در اکتبر 2021 توسط HP خریداری شد. ترادیچی پروتکل PCoIP را برای فشرده‌سازی تصویر و صدا برای دسترسی از راه دور به سرور توسعه داد و آن را در یک سخت‌افزار پیاده‌ سازی کرد. این فناوری بعدها برای زیرساخت کلی دسکتاپ مجازی در تین کلاینت‌ها و زیروکلاینت‌ها گسترش یافت. پروتکل یا سخت افزار ترادیچی توسط شرکت‌های HP، Dell-Wyse، Samsung،Amazon  و VMware استفاده شد.

شرکت VMware در سال 2008 اعلام کرد که مجوز ساخت پروتکل PCoIP Teradici را برعهده گرفت. پس از آن نرم افزار PCoIP را توسعه داد. در واقع می‌توان گفت که اولین شرکت تولید کننده زیروکلاینت شرکت VMware است. وی‌ام‌ور با تولید زیروکلاینت به درآمد زیادی دست یافت و در سال 2017 اعلام کرد که هوریزان روی زیروکلاینت‌های با پردازنده ترادیسی بیشترین کارایی را ارائه می‌دهد.

پس از آن کمپانی HP اعلام کرد که پردازنده‌های AMD پرفورمنس بالاتری در هورایزن دارند و به همین دلیل زیرو کلاینت‌های خود را با پردازنده‌‌های AMD عرضه کرد. شرکت اچ پی نیز به عنوان تولید کننده زیروکلاینت در جهان شناخته می‌شود. با پیشرفت پردازنده‌های اینتل، بالاترین پرفورمنس در بستر Horizon VDI بر روی زیروکلاینت‌های با پردازنده‌های اینتل ارائه شد.

تاریخچه فناوری زیروکلاینت

هنگام معرفی کامپیوترها، معماری محاسباتی آن‌ها یک تغییر اساسی در صنعت ایجاد کرد. برنامه‌های کامپیوتری به صورت محلی روی دسکتاپ کاربر اجرا می‌شدند و برای انتقال تصویر به سیستم عامل نیازی نداشتند. تاثیر این تحول در صنعت کامپیوتر بسیار چشمگیر و سریع بود. برنامه‌ها شروع به تغییر کردند و توسعه دهندگان نظریه “هر کاربر، یک کامپیوتر” را پذیرفتند. براساس این تئوری و برای حداکثر کارایی امکان دسترسی مستقیم به برنامه‌های کامپیوتری فراهم شد. برای مثال، رابط کاربری با دور زدن کامل سیستم عامل بسیار بهینه‌تر از قبل شد.

سپس در اواسط دهه 1990، همزمان با بهبود عملکرد در چیپست‌های جدید اینتل، رابط کاربری کامپیوتر از مبتنی بر کاراکتر به گرافیک تغییر یافت. سیستم عامل‌های بیشتر کامپیوترها به Windows تبدیل شدند. در این محیط‌ پیشرفته، سیستم عامل کنترل دسترسی و استفاده از سخت‌افزار رایانه را در اختیار گرفت. در نتیجه افزایش عملکرد سیستم‌عامل و برنامه‌ها، پشتیبانی از محیط‌ کامپیوتر دشوار و هزینه بر شد.

اولین تولید کننده زیروکلاینت

نوع جدیدی از سخت افزار در اواخر دهه 1980 معرفی شد که به عنوان آداپتور صفحه نمایش (MDA) شناخته میشد. این بردها حاوی چندین چیپست VGA بودند و از انواع مختلف کابل کشی (فیبر نوری، کواکسیال و غیره) استفاده می‌کردند. در این سخت افزار داده‌های نمایشگر پس از تطبیق با محیط سیستم عامل مستقیما و با سرعت به چندین نمایشگر تحویل داده می‌شوند. از اوایل تا اواسط دهه 1990، این آداپتورهای نمایشگر چندمنظوره برای استفاده بر روی انواع مختلفی از سیستم عامل‌ها مانند یونیکس (از جمله SCO)، سیستم عامل‌های اختصاصی (PC-MOS، VM386، THEOS) و سیستم عامل‌های پیشرفته DOS (همزمان و چند کاربره) مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

این MDA ها پیشینیان اولیه سخت افزاری بودند که امروزه توسط فناوری زیروکلاینت استفاده می‌شود. امروزه، سخت‌افزار نمایشگر چندمنظوره از چیپ‌ست‌های SVGA/XGA استفاده می‌کند، رزولوشن 1600×1200 را به صورت تمام رنگی پشتیبانی می‌کند و ویدئو را مستقیما و به سرعت به نمایشگر می‌فرستد. استفاده از این تکنولوژی پایه سخت افزاری لازم برای استفاده کارآمد زیروکلاینت در سیستم عامل‌های ویندوز فراهم می‌کند.

ریشه‌های اولین تولیدکننده زیروکلاینت در جهان در تکنولوژی مین‌فریم قرار دارد، جایی که وظایف محاسباتی انجام و برنامه اجرا می‌شد. پایانه‌های مبتنی بر کاراکتر مانند ایستگاه‌های 3270، 5250 و VT52/VT100 رابط کاربری را در انواع سیستم‌ها فراهم نمودند. این پایانه‌ها معمولا از طریق پهنای باند کم (یعنی کمتر از 9.6 کیلوبیت در ثانیه) به هاست متصل می‌شدند. خروجی برنامه توسط سیستم عامل از طریق این لینک به سیستم عامل دستگاه نقطه پایانی ارسال می‌شود تا بر روی مانیتور کاربر نمایش داده شود.

اجزای کلیدی زیرو کلاینت

معماری زیروکلاینت ترکیبی از بهترین ویژگی‌های کامپیوتر را در خود جای داده است. برنامه‌ها در زیروکلاینت روی یک سرور میزبان اجرا می‌شوند که این امر هزینه‌ها را به حداقل می‌رساند، بالاترین عملکرد را ارائه می‌دهد و مدیریت را بهبود می‌بخشد. به طور کلی، اجزای زیروکلاینت عبارتند از:

کامپیوتر میزبان: کامپیوتر استاندارد با نمایشگرهای متعدد

سخت افزار: دستگاه‌های ورودی و خروجی (یا USB) مانند مانیتور، ماوس، صفحه کلید، صدا، صفحه لمسی، پورت سریال و غیره

سیستم تحویل با سرعت بالا: اتصال مستقیم

اجزای نرم افزاری: نرم افزار چند کاربره یا مجازی سازی

مقایسه زیروکلاینت با تین کلاینت

فناوری تین کلاینت در سال‌های اخیر توجه سازمان‌های کوچک و بزرگ را به خود جلب کرده است. در حمایت از تمرکز صنعت بر کاهش هزینه و بهبود مدیریت محاسبات، صنعت کامپیوتر از مدل مینی/مین‌فریم استفاده کرد. با این حال، تین کلاینت تغییر بزرگی که با ورود ویندوز به عنوان یک پلتفرم استاندارد ایجاد شد را نادیده گرفت: حرکت از یک رابط کاربری مبتنی بر کاراکتر به یک رابط کاربری گرافیکی. اکنون دستگاه باید پردازش بیشتری را نسبت به ترمینال قدیمی انجام دهد. به پهنای باند بالاتری نیز برای اطلاعات گرافیکی مورد نیاز است.

با معرفی اولین تولید کننده زیروکلاینت در جهان، این دستگاه به صورت گسترده مورد استقبال قرار گرفت. زیروکلاینت با تین کلاینت در سخت افزار، پردازش داده‌ها و سیستم تحویل داده متفاوت است. مقایسه پردازش دستورات گرافیکی یکی از تفاوت‌های کلیدی آن‌هاست. در زیروکلاینت، ویندوز دستورات گرافیکی را مستقیما به درایور نمایشگر ارسال می‌کند تا آن‌ها را تفسیر کرده و نمایشگر را به روز کند.

نتیجه گیری

اولین تولید کننده زیروکلاینت در جهان شرکت VMware بود که با تولید زیروکلاینت به درآمد زیادی دست پیدا کرد. طراحی و ساخت زیروکلاینت به گونه ای است که تمام برنامه‌ها و مرورگرها روی یک سرور مشترک اجرا می‌شوند که باعث کاهش هزینه و بهبود مدیریت خواهد شد. زیروکلاینت‌ها ایمنی و کارآمدی را به بهترین شکل ارائه می‌دهند. وقتی بحث نقاط قوت و ضعف جایگزین‌های کامپیوتر به میان میاید، زیروکلاینت گزینه‌‌های انعطاف پذیر و ارزشمندی محسوب می شود که حداقل هزینه و مدیریت کارآمد را به کاربران ارائه می‌دهند.

مفهوم کرنل لینوکس به زبان ساده

کرنل لینوکسی دستیار شخصی برای یک مدیر قدرتمند (سخت افزار) است. دستیار وظیفه دارد که پیام‌ها و درخواست‌ها (فرایندها) را از کاربران به اجرا کننده منتقل کند، و به یاد داشته باشد که چه چیزی در کجا ذخیره شده است (حافظه)؛ و همچنین تعیین کند چه کسی در چه زمانی و چگونه می‌تواند به مدیر اجرایی دسترسی داشته باشد. هسته لینوکس یک هسته سیستم عامل رایگان، منبع باز ، یکپارچه، ماژولار و شبیه به یونیکس می‌باشد. کرنل هسته جز اصلی سیستم عامل لینوکس (OS) است و رابط اصلی بین سخت افزار کامپیوتر و فرآیندهای آن محسوب می‌شود.

لینوکس بر روی طیف گسترده‌ای از سیستم‌های محاسباتی اجرا می‌شود. این دستگاه‌ها عبارتند از: تلفن همراه (استفاده از کرنل لینوکس در سیستم عامل اندروید)، رایانه‌های شخصی، سرورها، رایانه‌های بزرگ و ابر رایانه‌ها. کرنل لینوکس را می‌توان برای معماری‌های خاص و برای استفاده در چندین سناریو و با استفاده از دستورات ساده تنظیم کرد (یعنی بدون نیاز به ویرایش دستی کد منبع). کاربران ممتاز همچنین می‌توانند پارامترهای هسته را در زمان اجرا تنظیم کنند. بیشتر کدهای هسته لینوکس با استفاده از پسوندهایGNU GCC به زبان برنامه نویسی C و با استفاده از دستورالعمل‌های خاص (ISA) در بخش‌های محدودی از هسته نوشته شده است. در این مقاله با مفهوم کرنل لینوکس آشنا می‌شوید.

کرنل لینوکس چیست؟

کرنل هسته اصلی یک سیستم عامل است و رابط اصلی سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر است. لینوکس را می‌توان بر روی طیف گسترده‌ای از سخت افزارهای کامپیوتری، از تلفن‌های همراه، رایانه‌ها و کنسول‌های بازی گرفته تا رایانه‌های بزرگ و ابرکامپیوترها نصب کرد. لینوکس یک سیستم عامل سرور پیشرو است و قابلیت اجرای 10 ابرکامپیوتر سریع دنیا را دارد.

هسته لینوکس یک هسته سیستم عامل رایگان و منبع باز، یکپارچه، ماژولار، چند وظیفه‌ای و شبیه به یونیکس است. کرنل لینوکس در ابتدا در سال 1991 توسط لینوس توروالدز برای رایانه شخصی مبتنی بر i386 نوشته شد. پس از آن به عنوان هسته سیستم عامل گنو که به عنوان جایگزینی رایگان برای یونیکس نوشته شده بود، پذیرفته شد.

open source

هسته لینوکس توسط لینوس توروالدز ایجاد شده است و در حال حاضر یک پروژه منبع باز (open source) است که هزاران توسعه دهنده به صورت شبانه روزی روی آن کار می‌کنند.

یکپارچه (integrated)

هسته لینوکس یکپارچه است، به این معنی که هسته تمام عملیات سخت افزاری و درایور را انجام می‌دهد. اساسا کل سیستم عامل در فضای هسته کار می‌کند.

مدولار (modular)

هسته لینوکس از درج و حذف ماژول‌های هسته قابل بارگذاری در زمان اجرا پشتیبانی می‌کند. تنها با نگه داشتن ماژول‌های لازم در حافظه هسته، حجم آن کاهش و عملکرد کلی آن افزایش می‌یابد.

کرنل لینوکس چگونه کار می‌کند؟

هسته لینوکس در بخش‌های مختلف مانند: فضا، رایانه، ساعت‌های هوشمند، تلفن‌های همراه، روباتیک و سلامت کاربرد دارد. اول از همه هسته لینوکس بررسی می‌کند که چه سخت افزاری اجرا شود. علاوه بر این، کنترل نرم افزارهای سطح بالا به لطف رابط برنامه نویسی امکان پذیر می‌شود. در اینجا این امکان برای شما وجود دارد که اطلاعات مربوط به سخت افزارهای نصب شده در اسلات‌های مادربرد را مشاهده کرده و آن‌ها را به صورت دقیق در اختیار داشته باشید. 

همچنین، این رابط برنامه نویسی یک لایه انتزاعی را ایجاد می‌کند. به عنوان مثال: اگر می‌خواهید با دوستان خود مکالمه ویدیویی داشته باشید، به یک وبکم نیاز دارید. لایه انتزاعی این امکان را برای نرم افزار مورد استفاده شما فراهم می‌کند تا از این وب کم صرف نظر از ساخت و مدل آن استفاده کنید. اینجا نرم افزار فقط از رابطی که برای کرنل لینوکس وجود دارد، استفاده می‌کند. هسته لینوکس فراخوانی‌های تابع این رابط را به دستورات سخت افزاری واقعی که وب کم نیاز دارد، ترجمه می‌کند.

ویژگی‌های هسته لینوکس

هنگام بحث در مورد معماری یک سیستم بزرگ و پیچیده، می‌توانید سیستم را از منظرهای مختلفی مشاهده کنید. یکی از اهداف بررسی این معماری، ارائه راهکاری برای درک بهتر منبع است. هسته لینوکس تعدادی از ویژگی‌های مهم معماری را پیاده سازی می‌کند. لینوکس همچنین به صورت یکپارچه عمل می‌کند و تمام سرویس‌ها را در هسته جمع آوری می‌نماید. این با معماری میکروکرنل که در آن هسته خدمات اساسی مانند: ارتباطات، ورودی/خروجی و مدیریت حافظه را ارائه می‌کند، متفاوت است و سرویس‌های خاص‌تری به لایه میکروکرنل متصل می‌شوند.

با گذشت زمان، هسته لینوکس از نظر حافظه و CPU کارآمد شد و همچنین بسیار پایدار است. جالب‌ترین جنبه لینوکس، با توجه به اندازه و پیچیدگی آن، قابل حمل بودن آن است. لینوکس را می‌توان برای اجرا بر روی تعداد زیادی پردازنده و پلتفرم با محدودیت‌ها و نیازهای معماری مختلف کامپایل کرد.

هدف کرنل لینوکس چیست؟

به طور کلی هسته سیستم کرنل عامل سه کار اصلی را انجام می‌دهد:

• کرنل لینوکس رابط‌های مورد نیاز برای تعامل کاربران و برنامه‌ها را با رایانه فراهم می‌کند.

• برنامه‌ها را راه اندازی و مدیریت می‌کند.

• کرنل لینوکس دستگاه‌های سخت افزاری سیستم را مدیریت می‌کند.

اما اگر دقیق‌تر بخواهیم به این موضوع بپردازیم، انجام سه عملکرد هسته شامل طیف وسیعی از وظایف کامپیوتری است که در قسمت زیر آن‌ها را بازگو می‌کنیم:

• مدیریت اجزای سیستم عامل 

• زمان‌بندی و مدیریت عملیات هسته مرکزی 

• مدیریت خطاها در مدیریت حافظه

• سازماندهی و مدیریت موضوعات و فرآیندهای مختلف ایجاد شده توسط برنامه‌های در حال اجرا

• زمان ‌بندی برنامه‌هایی که می‌توانند به هسته دسترسی داشته باشند و از آن استفاده کنند، و نظارت بر استفاده از آن در زمان‌های مشخص ‌شده.

• مدیریت و بهینه سازی منابع سخت افزاری مانند: واحد پردازش مرکزی (CPU) و استفاده از حافظه پنهان، عملیات سیستم فایل و مکانیسم‌های انتقال شبکه.

• مدیریت و دسترسی به دستگاه‌های ورودی/خروجی مانند: صفحه کلید، ماوس، درایو دیسک، پورت‌های USB، آداپتورهای شبکه و نمایشگرها و مدیریت تماس‌های دستگاه و سیستم برنامه با استفاده از مکانیسم‌های مختلف مانند قطعات سخت افزاری یا درایورهای دستگاه.

هسته برای عملکرد خوب کامپیوتر بسیار حیاتی است و حفاظت حافظه سیستم را برعهده دارد. فضای هسته‌ای که در آن برنامه‌ها بارگذاری می‌شود، یک ناحیه امن در حافظه است. این فضای حافظه امن و مشخص تضمین می‌کند که سایر برنامه‌ها و داده‌ها آسیبی به هسته نمی‌زنند و باعث مشکلات عملکردی، ناپایداری یا سایر پیامدهای منفی نمی‌شوند. در عوض، برنامه‌ها در فضای حافظه کاربر اجرا می‌شوند.

انواع هسته کرنل لینوکس 

هسته‌ها به سه نوع تقسیم می‌شوند: یکپارچه، میکروکرنل و ترکیبی. تفاوت اصلی بین این هسته‌ها تعداد فضاهای ادرسی است که پشتیبانی می‌کنند.

• یک میکروکرنل فرآیندها و خدمات کاربر و خدمات کرنل را در فضاهای مختلف انجام می‌دهد.

• هسته یکپارچه خدمات را در همان فضای آدرس پیاده سازی می‌کند.

• هسته ترکیبی مانند: هسته‌های Microsoft Windows NT و Apple XNU، رفتارها و مزایای هسته‌های میکروکرنل و یکپارچه را ترکیب می‌کند.

برخی از تفاوت‌های خاص بین سه نوع هسته کرنل لینوکس شامل موارد زیر است:

ریز هسته‌ها

میکروکرنل‌ها تمام خدمات خود را در فضای هسته ارائه می‌دهند. میکروکرنل‌ها برای پروتکل ارتباطی خود از روش ارسال پیام استفاده می‌کنند که بسته‌های داده، سیگنال‌ها و عملکردها در این فرایند منتقل می‌شوند. میکروکرنل‌ها همچنین انعطاف پذیری بیشتری نسبت به هسته‌های یکپارچه دارند. برای افزودن یک سرویس جدید، مدیران آدرس کاربر را برای یک میکروکرنل تغییر می‌دهند.

میکروکرنل‌ها به دلیل ماهیت ایزوله خود از امنیت بیشتری نسبت به هسته‌های یکپارچه برخوردار هستند. اگر یک سرویس در فضای آدرس از کار بیفتد، میکروکرنل تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد.

هسته‌های یکپارچه

هسته‌های یکپارچه بزرگ‌تر از میکروکرنل‌ها هستند، زیرا هم هسته و هم خدمات کاربر را در یک فضا قرار می‌دهند. هسته‌های یکپارچه از پروتکل ارتباطی سریع‌تری نسبت به میکروکرنل‌ها برای اجرای فرآیندهای بین سخت‌افزار و نرم‌افزار استفاده می‌کنند. آن‌ها نسبت به میکروکرنل‌ها انعطاف کمتری دارند و به فعالیت بیشتری نیاز دارند. مدیران برای پشتیبانی از یک سرویس جدید باید کل هسته را بازسازی کنند.

هسته‌های یکپارچه نسبت به میکروکرنل‌ها امنیت بیشتری برای سیستم‌ها ایجاد می‌کنند، زیرا اگر سرویسی از کار بیفتد، کل سیستم خاموش می‌شود. هسته‌های یکپارچه به اندازه میکروکرنل به کد منبع نیاز ندارند، به این معنی که کمتر در معرض خطر هستند و به مراقبت کمتری نیاز دارند. هسته لینوکس دائما در حال رشد است. این هسته در سال 2018 دارای 20 میلیون خط کد بود. این گروه‌های اصلی شامل رابط تماس سیستمی، مدیریت فرآیند، پشته شبکه Network stack، مدیریت حافظه، سیستم فایل مجازی و درایورهای دستگاه می‌باشند.

هسته‌های ترکیبی

اپل در سال 1996 هسته سیستم عامل XNU را به عنوان ترکیبی از هسته‌های توزیع نرم افزار Mach و Berkeley (BSD) توسعه داد و آن را با یک رابط برنامه نویسی برنامه Objective-C یا API پیوند داد. از آنجا که این سیستم عامل ترکیبی از هسته یکپارچه و میکرو هسته می‌باشد، ماژولار بودن آن افزایش یافته است و بخش‌هایی از سیستم‌ عامل از حافظه محافظت می‌کنند.

وظایف کرنل لینوکس به صورت کلی

هسته منابع سیستم از جمله فایل‌های سیستم، فرآیندها و دستگاه‌های فیزیکی را مدیریت می‌کند. همچنین، برنامه‌ها را با سیستم خدمات مانند: مدیریت ورودی/خروجی، حافظه مجازی و زمان بندی ارائه کرده و تعاملات تمامی فرآیندهای کاربر و منابع سیستم را هماهنگ می‌کند. هسته الویت‌ها، درخواست منابع سرویس‌ها و استثنائات سخت افزاری را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، زمان بندی و سوئیچ صفحات توسط هسته انجام می‌شود.

نتیجه گیری

لینوکس به دلیل طراحی ماژولار، تنوع زیادی دارد. یک هسته در پایه یا هسته سیستم لینوکس قرار دارد. برنامه‌ها یا فرآیندها را برنامه‌ریزی می‌نماید، مدیریت دستگاه‌های جانبی اولیه و دسترسی به شبکه را برعهده دارد و بر خدمات سیستم فایل نظارت می‌کند. لینوکس مزایای زیادی نسبت به سایر سیستم عامل‌ها دارد و به همین دلیل است که امروزه تقریبا در همه زمینه‌ها از تلفن‌های هوشمند گرفته تا ابر رایانه‌ها، اتومبیل‌ها تا لوازم خانگی و بسیاری موارد دیگر از آن استفاده می‌شود.

هسته لینوکس مانند: پلی است که ارتباط محاسباتی بین برنامه‌ها و سخت افزار را امکان پذیر و منابع سیستم را مدیریت می‌کند. لینوس توروالدز هسته لینوکس را با C و اسمبلی توسعه داد و موفق شد یک هسته سبک وزن ایجاد کند.