מודול גרעין נטען

במחשבים, **מודול גרעין נטען** (או בפשטות **מודול גרעין**) הוא קובץ המכיל קוד להרחבת פעולת הגרעין, או מה שנקרא *ליבת הבסיס*, של מערכת הפעלה. מודול גרעין נטען משמש בדרך כלל כדי להוסיף תמיכה בחומרה או מערכת קבצים, או להוספת קריאות מערכת. כאשר אין עוד צורך בפונקציונליות הניתנת על ידי המודול, ניתן לפרוק אותו כדי לפנות זיכרון ומשאבים אחרים.

רוב מערכות ההפעלה המבוססות על יוניקס, וכן חלונות, תומכות במודולי גרעין נטענים, למרות שהן עשויות להשתמש במונחים שונים. כך לדוגמה הם נקראים בחלונות (החל מחלונות NT ואילך) בשם "Kernel-mode drivers", במק בשם "Kernel Extentions" ("הרחבות גרעין") וב-FreeBSD בשםkernel loadable modules (בקיצור kld).

## יתרונות
ללא מודולי גרעין הניתנים לטעינה, מערכת הפעלה תצטרך להכיל בתוכה מראש את כל התכונות שהיא עשויה להצטרך להן, מורכבות ישירות בליבת הבסיס. הרבה מהתכונות הללו תשבנה בזיכרון מבלי שייעשה בהן שימוש - בזבוז זיכרון שלא יהיה זמין לשימושים אחרים, ובנוסף משתמשים יצטרכו לבנות מחדש את ליבת הבסיס בכל פעם שהם זקוקים לפונקציונליות חדשה.

## חסרונות
אחת הבעיות העלולות להיווצר בגרעין שכזה, לעומת גרעין "סטטי", היא בעיית הקיטוע (Fragmentation). ליבת הבסיס נטענת אל תוך קטע זיכרון רציף בזמן האתחול. כאשר המערכת נכנסת למצב בו ניתן לטעון אליה מודולים, לדוגמה: לאחר טעינת מערכת הקבצים המכילה את המודולים, סביר להניח שטעינת המודולים לאחר מכן תגרום לקיטוע בזיכרון, דבר העשוי לגרור פגיעה מינורית בביצועים בגלל שימוש במספר רב של חוצצי זיכרון לתרגום כתובות (TLB, Translation lookaside buffer).

## מימוש במערכות הפעלה
### לינוקס
בלינוקס, טעינת המודולים מהזיכרון והסרתם מתבצעת באמצעות הפקודה modprobe, שנועדה להחליף את פקודות insmod ו-rmmod הוותיקות יותר. המודולים ממוקמים בתיקיית /lib/modules ומאז גרסת הגרעין 2.6, מקבלים את הסיומת .ko (גרסאות קודמות הצמידו למודולי גרעין את הסיומת .o). באמצעות הפקודה lsmod המשתמש יכול לסקור את רשימת המודולים הטעונים במערכת. במקרי חירום (לדוגמה, מערכת שמסרבת להיטען בשל מודול פגום), המשתמש יכול לערוך את רשימת המודולים הנטענים על ידי שימוש במנהל האתחול של מערכת ההפעלה.

מנקודת מבטם של מתחזקי ליבת לינוקס, מודולי הגרעין הם יצירה נגזרת של הגרעין עצמה. בעוד שהם מוכנים לקבל גם מודלים קנייניים, הם מאפשרים ייצוא של Symbols (פונקציות "חיצוניות" של המודול, שאינן עוסקות באתחולו או בסיום פעולתו) כך שייפעלו רק במודולים חופשיים (תחת הרישיון הציבורי הכללי של גנו, בקיצור GPL). טעינה של מודול קנייני, או של מודול שיצא ברישיון שאינו GPL, תגרום לקרנל להיות במצב taint. המשמעות של tainted kernel היא שבאגים שייוצרו במהלך ריצתו לא ייבדקו היטב על ידי המתחזקים.

### FreeBSD
מודולי גרעין עבור FreeBSD עשויים להישמר או בתיקיית /boot/kernel/, במקרה של מודולים שהגיעו עם מערכת ההפעלה, או בתיקיית /boot/modules/ במקרה של מודולים שהגיעו ממקורות חיצוניים, למשל כאלו שהגיעו ממנהל החבילות או שהותקנו ידנית, או מודולים קנייניים. בדומה ללינוקס, גם כאן הם נשמרים תחת הסיומת .ko. ניתן לטעון מודולים על ידי הפקודה kldload, להסירם מהזיכרון על ידי הפקודה kldunload, ולצפות ברשימת המודולים הפועלים כעת על ידי הפקודה kldstat. ניתן גם לטעון מודולי גרעין עוד לפני טעינת הגרעין עצמה, הן על ידי שימוש במנהל האתחול או ידנית.

### מק
במערכת ההפעלה macOS, מודולי גרעין, הנקראים "הרחבות גרעין" נטענים אוטומטית או ידנית על ידי שימוש בפקודות kextload. גם כאן ניתן לצפות ברשימת ההרחבות הטעונות, על ידי שימוש בפקודה kextstat. המערכת תומכת גם ב"אריזת" מספר הרחבות לקובץ אחד (bundle) בסיומת .kext. הרחבות שהגיעו עם מערכת ההפעלה נשמרות בתיקיית /System/Library/Extensions, בעוד שהרחבות שהגיעו ממקורות צד שלישי (מנהלי התקן חיצוניים למשל) נשמרות בתיקיות המתאימות להם (תלוי במקור ממנו הגיעו).

### סולאריס
בסולאריס ניתן לשנות את הנתיב אליו מגיעים המודולים. כברירת מחדל, המודולים פזורים בין 3 תיקיות שונות: /kernel, או /platform/`uname -i`/kernel, או /usr/kernel. בעוד שהתיקיות מכילות את כל המודולים (כולל מודולים מצד שלישי) הנחוצים עבור מערכת מלאה ומתפקדת, התיקייה הראשונה מכילה רק את המודולים הדואגים לכך שהמערכת תיטען כיאות. כאשר מריצים את הגרעין במצב DEBUG, היא תנסה להסיר "בכוח" מודולים לא נחוצים.

## תאימות
רוב מערכות ההפעלה המודרניות, ובכללן חלונות, macOS ו-FreeBSD מספקות API ו-ABI  מסודרים. לדוגמה, מודול שנכתב עבור גרסה 6 של ליבת FreeBSD יפעל ללא בעיות על כל גרסת גרעין שמספרה הראשי 6 (גם על 6.4), אבל, במידה ונרצה לטעון את המודול על גרסה חדשה יותר של הגרעין (לדוגמה, טעינת מודול לגרסה 6.4 לגרעין בגרסה 7), המערכת לא תאפשר זאת, ותחייב להדר מחדש את המודול לגרסה החדשה. בלינוקס המצב שונה - ללינוקס אין API מסודר עבור מודולי גרעין. המשמעות היא שעשויות להיווצר בעיות תאימות כאשר עובדים עם גרסאות שונות של אותה הגרעין, למשל כאשר כותבים מודול עבור גרסת גרעין מסוימת ומנסים לטעון אותו לגרסה אחרת של הגרעין. כדי להתמודד עם בעיה זו, ניתן להשוות את הגרסאות בעזרת modinfo. במידה ומספרי הגרסאות אינם תואמים זה לזה, המודול לא ייטען.

## הערות שוליים

קטגוריה:תכנות
קטגוריה:מערכת הפעלה