Вопрос или проблема
В моей учебной книге за 9 класс говорится, что оболочка является интерфейсом между пользователем и ядром. Но когда пользователь что-то вводит (без ограничения общности для всех видов ввода), первым активируется ядро, потому что драйвер устройства отправляет это в ядро. После этого ядро взаимодействует с оболочкой, и тогда оболочка начинает работать. Таким образом, по сути, оболочка работает как интерфейс между пользовательским пространством и ядром.
Так что мой вопрос: что верно, книга или мои мысли?
Оболочка является переводчиком между пользователем и ядром. Переводчика можно назвать “интерфейсом”, но вы думаете о слове “интерфейс” как о низкоуровневом передатчике вводимых и выводимых символов. С учетом этого, слово “переводчик” лучше описывает оболочку.
Устройства, которые формируют низкоуровневый транспорт вводимых символов (например, нажатия клавиш, которые пользователь вводит) и выводимых символов (например, тех, которые отображаются в окне терминала на экране), управляются драйверами устройств, которые существуют в ядре. Таким образом, устройства низкоуровневого транспорта (те самые “интерфейсы”, в смысле, который вы вкладываете в это слово) и их программное обеспечение для драйверов ввода и вывода находятся в ядре.
Но ядро не понимает значения нажатых пользователем клавиш на клавиатуре или символов, выводимых на экран. Это функция оболочки – выяснять, что пользователь хочет выполнить, интерпретируя нажатия клавиш, и делать вызовы функций в ядро для запуска соответствующих программ. Кроме того, оболочка интерпретирует коды ошибок, возвращаемые этими вызовами функций (например, “команда не найдена”), и выводит на экран символы, формирующие сообщения для уведомления пользователя о проблеме.
Когда речь идет о роли оболочки, ваша книга просто использует слово “интерфейс” в значении, близком к “переводчик”. Оболочка действительно преобразует последовательности текстовых символов в вызовы функций ядра для запуска программ и выполнения других действий, что является своего рода интерфейсом, так что использование этого термина в книге не является полностью ошибочным. Просто это не совсем то же значение, которое вы вложили в это слово.
Да, вы правы, ядро обрабатывает все драйверы устройств и всю межпроцессную коммуникацию, так что оно является посредником для всего, что происходит между пользователем и оболочкой, пользователем и любой другой программой, оболочкой и другими программами (процессами), и между любой другой парой или набором процессов.
Но это на самом деле не очень интересно, так как ядро в основном просто копирует данные в нужные места, не заботясь, что это за данные, например, какие клавиши вы нажали на клавиатуре. Но оболочка знает: она интерпретирует командную строку, которую вы вводите, согласно своему синтаксису, и выполняет действия на основе этого. (Хотя, можно согласиться, для простых команд она просто находит исполняемый файл с тем же именем и копирует аргументы в системный вызов execve()…)
В любом случае, фраза “оболочка является интерфейсом между пользователем и ядром” немного нелепа, на мой взгляд. Конечно, команды, введенные в командную строку оболочки, заставляют оболочку выполнять системные вызовы (в основном для запуска других команд). Но это верно для любой утилиты, а не только для оболочки. Например, команды, введенные в vi, заставляют его выполнять системные вызовы для чтения и записи файлов и т.д.
Я думаю, что полезнее рассматривать оболочку просто как инструмент для интерпретации текстовых команд и запуска других программ, и не слишком беспокоиться о ядре, так как само по себе оно не делает чего-то особенно интересного. Это делают программы пользовательского пространства.
.
Ответ или решение
Вопрос о границе между оболочкой (shell) и ядром (kernel) часто вызывает путаницу, особенно у тех, кто только начинает разбираться в архитектуре операционных систем. Для начала, рассмотрим ключевые определения и функции обеих компонентов, чтобы понять их взаимодействие более детально.
Теория
Ядро (kernel) – это центральная часть операционной системы, управляющая аппаратными ресурсами компьютера. Оно выполняет задачи, связанные с управлением памятью, процессами, устройствами ввода-вывода и другими основными функциями системы. Ядро предоставляет интерфейс для выполнения системных вызовов, которые используются приложениями для взаимодействия с аппаратурой.
Оболочка (shell) – это программа, работающая в пользовательском пространстве, которая предоставляет пользователю текстовый интерфейс для взаимодействия с операционной системой. В частности, через оболочку пользователь может вводить команды, которые затем интерпретируются и выполняются благодаря системным вызовам к ядру.
Оболочка действительно выполняет роль "интерпретатора" между пользователем и ядром. Она принимает ввод пользователя (обычно текстовые команды), интерпретирует их и реализует необходимые действия с помощью вызовов к ядру, таких как запуск программ, создание файлов и т.д.
Пример
Представим ситуацию, в которой пользователь вводит команду ls для отображения списка файлов в директории. Вот как это происходит на практике:
-
Пользователь вводит команду
lsв оболочку. -
Оболочка получает команду и интерпретирует ее. Она понимает, что
ls– это команда для запуска программы, которая отображает содержимое директории. -
Оболочка делает системный вызов через ядро для запуска программы
ls. -
Ядро предоставляет необходимые ресурсы, такие как доступ к файловой системе и процессорное время, для выполнения программы.
-
Программа
lsвыполняется, взаимодействуя с ядром для получения списка файлов и вывода его на экран. -
Результат отображается в окне терминала, и управление возвращается оболочке.
Применение и Анализ
На основе приведенного примера становится ясно, что оболочка действительно действует как "интерфейс", но важно уточнить характер этого интерфейса. Оболочка не является транспортом для передачи данных, как это могло бы подразумеваться в вашем вопросе, а скорее программной сущностью, которая преобразует пользовательские команды в системные вызовы. Этот процесс требует как интерпретации, так и передачи команд в более низкоуровневую систему вызовов операционной системы, которыми управляет ядро.
В данном контексте, книга вашей 9-го класса дает общее, но несколько упрощенное представление. Оболочка является интерфейсом в том смысле, что она обеспечивает промежуточный уровень между пользователем и сложными функциями ядра. Без оболочки пользователю пришлось бы напрямую взаимодействовать с ядром, используя системные вызовы, что было бы крайне неудобно и сложно.
Ядро, с другой стороны, является основополагающей частью системы и функционирует на гораздо более низком уровне. Оно обеспечивает управление ресурсами и межпроцессное взаимодействие, но не "понимает" смысл ваших команд или того, что вы хотите сделать с системой.
Таким образом, утверждение, что "оболочка является интерфейсом между пользователем и ядром", можно считать корректным с точки зрения абстракции уровней. Тем не менее, точная природа взаимодействий акцентирует на важности функции интерпретатора, которую выполняет оболочка, управляя пользовательскими командами и преобразовывая их в действия с системными ресурсами, через системные вызовы ядра.