Linux hay GNU/Linux và cấu trúc nhân Linux
I.Tóm tắt lịch sử Linux
Linux hay GNU/Linux?
Khi thì người ta gọi “hệ điều hành Linux”, lúc lại gọi là “hệ điều hành GNU/Linux”. Lí
do là vì Linux thực ra là phần nhân của hệ điều hành. Nhiều các ứng dụng khác bổ xung
kết hợp với nhân Linux làm thành một hệ điều hành sử dụng được, các ứng dụng đó phần
lớn là phần mềm GNU. Vì vậy nhiều người coi gọi “hệ điều hành GNU/Linux” là đúng,
còn tên Linux dùng để chỉ phần nhân của hệ điều hành đó.
GNU là các phần mềm của GNU Project, được gọi là GNU packages or GNU programs.
Các thành phần chính gồm: bộ dịch GNU Compiler Collection (GCC), các công cụ mã
nhị phân GNU Binary Utilities (binutils), lớp vỏ bash shell, thư viện C GNU C library
(glibc), và các công cụ lõi GNU Core Utilities (coreutils).
(GNU Project cũng có dự án làm phần nhân hệ điều hành nhưng chưa xong. Vì vậy hiện
nay các hệ điều hành mà ta vẫn gọi là Linux dùng nhân Linux của Linus Tovarlds kết hợp
với các gói phần mềm nói trên của GNU Project. Do đó gọi hệ điều hành GNU/Linux thì
hợp lý hơn – lời ND)
GNU là tên tắt đệ quy của GNU’s Not Unix: thiết kế phần mềm giống Unix nhưng là
phần mềm tự do (free software) và không chứa mã Unix.
Tóm tắt lịch sử
Trong khi hiện nay Linux khá phổ biến thì lịch sử của nó lại khá mới. Thời kỳ bình minh
của máy tính, các nhà lập trình viết chương trình cho phần cứng bằng ngôn ngữ của phần
cứng đó. Do chưa có hệ điều hành nên chỉ một ứng dụng (và một user) có thể dùng một
phần cứng lớn và đắt tiền tại một thời điểm. Đến 1950 mới bắt đầu có những hệ điều
hành sơ khai.
Trong những năm 60, học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và một số công ty kết
hợp xây dựng một hệ điều hành thí nghiệm gọi là Multics (Multiplexed Information and
Computing Service) cho máy tính GE-645. Một trong những công ty đó, AT&T, bỏ
Multics và xây dựng hệ điều hành riêng của mình vào năm 1970 gọi là hệ Unics. Cùng
với Unics, ngôn ngữ lập trình C cũng được phát triển và được dùng để viết hệ điều hành
sao cho nó không phụ thuộc vào kiến trúc phần cứng.
Hai mươi năm sau, Andrew Tanenbaum tạo nên một phiên bản vi nhân (microkernel) của


Hình 3: Các hệ thống con chính của nhân Linux
III.1Nhân là gì?
Như hình 3, nhân Linux thực ra là bộ quản lý các tài nguyên. Các tài nguyên gồm: các
tiến trình (process), bộ nhớ (memory) và thiết bị phần cứng. Nhân Linux quản lý các tài
nguyên đó và là người điều hành việc truy cập tài nguyên đồng thời của nhiều user. (User
trong bài này được hiểu theo nghĩa rộng bao gồm tất cả những gì có nhu cầu sử dụng tài
nguyên hệ thống: các tiến trình, các phần mềm, v.v….)
III.2Giao diện lời gọi hệ thống (System call interface -
SCI)
SCI thực hiện các lời gọi hệ thống từ vùng ứng dụng vào nhân Linux. Giao diện này độc
lập với kiến trúc bộ vi xử lý ngay cả trong cùng một họ vi xử lý. SCI có thể thực hiện các
dịch vụ gọi hàm dồn kênh và tách kênh.
III.3 Quản lý các tiến trình (Process management hay
Process Scheduler)
Quản lý tiến trình đảm bảo việc thực hiện các tiến trình. Trong vùng nhân Linux, mỗi tiến
trình được gọi là một mạch lệnh (thread) và được thể hiện thành một vi xử lý ảo (gồm mã
lệnh, dữ liệu, các ngăn xếp và các thanh ghi của CPU). Trong vùng ứng dụng thì chỉ dùng
từ tiến trình mặc dù Linux không phân biệt hai khái niệm này (threads và processes).
Nhân cung cấp một giao diện lập trình ứng dụng (API) để: tạo tiến trình mới (fork, exec
hoặc các hàm POSIX), ngừ
ng tiến trình (kill, exit) và thông tin, đồng bộ giữa các tiến
trình (signal hoặc các cơ cấu POSIX).
Quản lý tiến trình còn dùng để chia sẻ CPU giữa các mạch lệnh đang hoạt động. Nhân
thực hiện một thuật toán lập lịch cố định bất kể đến các mạch lệnh đang tranh chấp quyền
sử dụng CPU. Lịch này cũng hỗ trợ cả chế độ đa xử lý đối xứng (Symmetric
MultiProcessing – SMP).
SCHED được chia thành 4 module
1. Module luật định thời (scheduling policy): chịu trách nhiệm phân xử xem process nào
được quyền truy xuất CPU. Hệ thống hoạt động có thông suốt hay không nhờ vào bộ luật

đóng 1 ứng dụng có phần bô nhớ lưu trên HDD thì ngay lập tức phần HDD chứa dữ
liệu tạm thời sẽ được giải phóng mà không phải chờ tới lúc shutdown)
III.5 Hệ thống file ảo (Virtual file system)
Hệ thống file ảo (VFS) là một khía cạnh hay của nhân Linux, cung cấp một giao diện
trừu tượng hoá chung cho hệ thống file. VFS tạo nên một lớp chuyển đổi giữa SCI và các
hệ thống file của Linux.

Hình 4: VFS tạo nên một lớp chuyển đổi giữa user và các hệ thống file.
Nằm trên cùng của VFS là lớp các API các chức năng như mở, đóng, đọc, viết file. Dưới
cùng của VFS là lớp trừu tượng hệ thống file xác định các chức năng lớp trên thực hiện
như thế nào. Đó là các plug-in đối với một hệ thống file cho trước (có trên 50 plug-in như
vậy). (nhiệm vu cụ thể của VFS có thể định nghĩa như sau: khi một app yêu cầu tới
hệ thống một tác vụ nào đó, nó không chỉ gởi requess mà còn gởi theo đó là các dữ
liệu đẻ thực hiện tác vụ đó, VFS có nhiệm vụ trườu tượng hóa file d
ữ liệu đó sao cho
hệ thống hardware hiểu được app cần gì. VFS giúp giảm bớt bước xử lý để hiểu
được yêu cầu của từng ứng dụng mà bước ngay vào đáp ứng cho tác vụ)
Bên dưới lớp file hệ thống là bộ đệm cache (buffer cache) gồm các chức năng chung cho
mọi hệ thống file (không phụ thuộc vào một kiểu hệ thống file riêng biệt nào). Lớp cache
này tối ưu hoá việc truy cập vào các thiết bị vật lý bằng cách giữ dữ liệu trong một thời
gian ngắn (hoặc đọc trước sao cho dữ liệu luôn có khi cần). Dưới bộ đệm cache là các
driver thiết bị là giao diện của các thiết bị vật lý cụ thể.