Günümüzde, bilgisayar sistemlerinin karşılaştığı birçok sorun arasında, kozmik ışınların neden olduğu kernel panik durumları pek de göz ardı edilmemelidir. Kozmik ışınlar, uzaydan gelen yüklü parçacıklardır ve beklenmedik bir şekilde bilgisayar sistemlerine zarar verebilirler. Bu yazıda, kozmik ışınların potansiyel tehlikelerini ve bilgisayar sistemlerinde meydana getirdiği kernel panik olgusunu detaylı bir şekilde ele alıp, gerçek hayatta yaşanmış örnekleri beraber inceleyeceğiz.
Kozmik Işınlar nedir?
Basit bir şekilde özetleyecek olursak, Kozmik ışınlar uzaydan gelen yüklü parçacıklardır ve çeşitli kaynaklardan gelirler. Bunlar genellikle uzayda yıldız patlamaları, süpernova patlamaları ve galaksi merkezindeki kara delikler gibi olaylardan kaynaklanır. Kozmik ışınlar, yüksek hızlarda hareket eden parçacıklardan oluşur ve çeşitli türlerde olabilirler, en yaygın olanları protonlar ve alfa parçacıklarıdır. Elektronlar, nötronlar ve gama ışınları gibi diğer parçacıklar da kozmik ışınların bir parçası olabilir. Dünya’ya ulaştıklarında atmosferle etkileşime girerler ve birincil ve ikincil parçacıklara ayrılırlar. Bu etkileşimler, yeryüzünde radyasyon oluşumuna neden olabilir. Bunlar arasında radyoaktif elementlerin üretimi, atmosferik muonlar ve radyasyon kuşaklarının oluşumu bulunur.
Çekirdek (Kernel)
Siz farkında olmasanızda günlük hayatta yaptığımız çoğu işlem kernel tarafından yönetilir. Kernel, işletim sisteminin merkezi bileşeni olup, donanım ve yazılım arasında bir köprü görevi görür. Bilgisayarın kaynaklarını yönetir, işlemleri koordine eder, belleği ve aygıtları yönetir. Yani günlük hayatta kullandığınız klavye, fare, yazıcı ve diğer çevre birimleri Kernel tarafından işlenir ve yönetilir.
Farklı işletim sistemlerinde farklı kernel tipleri bulunabilir. Örneğin, Linux işletim sistemi için Linux kernel, Windows işletim sistemi için Windows NT kerneli ve macOS işletim sistemi için XNU kerneli gibi. Her bir kernel, ilgili işletim sistemi tarafından desteklenen özelliklere ve işlevlere sahiptir, ancak hepsi temel olarak bilgisayarın donanımını ve yazılımını yönetmek için benzer prensipleri takip eder.
Çekirdeğin Paniğe Kapılması
Çekirdeğin paniğe kapılması ilk başta size şaşırtıcı gelebilir ama evet, paniğe kapılıyorlar. Elbette, çekirdeğin paniğe kapılması, bilgisayar sistemlerinde beklenmedik ve ciddi hataların meydana gelmesi durumunda gerçekleşen bir durumdur. Bu durum bilgisayar terminolojisinde “kernel panic” olarak adlandırılır ve bilgisayarın normal işlevselliğini durdurur. Çekirdek, çeşitli nedenlerden dolayı paniğe kapılabilir. Yazılım hataları, donanım uyumsuzlukları, bellek hataları ve dış etkenler gibi faktörler çekirdekte paniğe neden olabilir.
Günümüzde kernel panic hatasına sebebiyet veren en büyük etken, bilgisayarlarınıza kurduğunuz veya artık desteklenmeyen sürücülerdir. Sürücülerin kernel ile ilişkisi, sürücülerin donanımı doğrudan kontrol etmesi ve işletim sistemi üzerinde çeşitli işlemleri gerçekleştirmesiyle sağlanır. Örneğin, bir fare sürücüsü, kullanıcının fareyi hareket ettirmesini algılar ve bu bilgiyi kernel’e iletir. Kernel, bu bilgiyi işleyerek uygun tepkileri üretir ve fare hareketlerine göre ekranın imleci hareket ettirir. Ama sürücü tarafından gelen bilgide bozukluk veya bir yanlışlık söz konusu olduğunda, Kernel gelen veriyi nasıl işleyeceğini, ne yapacağını anlayamaz ve paniğe kapılıp, sistemin işlevselliğini durdurup sistemi yeniden başlatır. Günümüzde Windows işletim sistemlerinde “Mavi Ekran” olarak bilinen hata aslında tam olarak budur. Windows NT Kernelinin paniğe girip, hata kodu üreterek kendini yeniden başlatması.
Kozmik ışınların konuyla ne alakası var peki?
Yukarıda bahsettiğim gibi Kozmik ışınlar, sürekli olarak Dünya atmosferine yağmur gibi yağan yüksek enerjili atom altı parçacıklardır. Bu parçacıklar Dünya atmosferine çarptığında, ikincil parçacıkların yağmurunu oluştururlar ve Dünya’nın yüzeyine ulaşabilir. Bu ikincil parçacıkların çoğu, enerji yüklü nötronlardan oluşur. Eğer ikincil bir parçacık, RAM nano-kapasitörüne veya transistöre çarparsa bu “bit flip” olarak adlandırılan olguya sebebiyet verir. Çünkü transistörde bulunan yük 0’dan 1’e veya tam tersi 1’den 0’a değişmiş olabilir. Bu değişimin sonucunda çekirdekte bulunan veriler bozuntuya uğrayacağından veya değişen bitlerden dolayı yanlış bir veriyi okuyacağı için, Kernel panik moduna girer. Bilgisayarınızın tüm bileşenleri doğru bir şekilde çalışıyor olsa bile, evrende serseri kurşun gibi gezinen bir parçacık, bilgisayarınıza çarpıp verilerin değişimine sebebiyet verip, Çekirdeğinizin aklını alabilir 🙂
Kaba bir tahmine göre, ortalama bir masaüstü bilgisayarın, her 1GB RAM başına haftada 1 bit flip yaşadığı tahmin edilmektedir (Wikipedia). Bu hesaplamaya göre, 16GB RAM’e sahip bir bilgisayarın günlük olarak yaklaşık 2 bit flip yaşaması mümkündür. Ancak, finansal işlemlerden veya bilimsel hesaplamalardan sorumlu sunucu ve bilgisayarlar için tek bir bit flip çok ciddi bir soruna sebebiyet verebilir. Örneğin, bir bit flip, bir kişinin banka hesap bakiyesinde bir rakamın değişmesine neden olabilir veya size bir seçim kazandırabilir.
Seçilmiş Kişi (Göklerden gelen karar)
18 Mayıs 2003 tarihinde Belçika yapılan ulusal bir seçim, oyların bilgisayarlar üzerinden atılacağı ve sayılacağı ilk seçimlerinden biriydi. Sistemi korumak ve dışarıdan müdehale edilemeyecek hale getirmek için binlerce saatlik hazırlık yapılmıştı. Gün geldi çattı, oylar kullanıldı ancak, bir kozmik olay zinciri bir bitin dönmesine sebeb oldu ve insanları ortaya çıkan sonuçları sorgulamaya sevk etti.
Evet, gerçektende 18 Mayıs tarihinde yapılan seçimlerde kozmik bir parçacık seçimlerin tabiri caizse içinden geçti! Gizemli bir şekilde, Maria Vindevogel adlı adayın toplamda 4096 fazladan oy aldığı ortaya çıktı. Detaylı bir analiz, bilgisayarın belleğindeki 13. pozisyonda bir bitin aniden oluşmasının adaya 4096 ekstra oy verilmesine neden olduğunu ortaya çıkarttı. Uzmanların yaptığı detaylı incelemelerden sonra, sorunun bilgisayardan değil, bir kozmik parçacığın belleğin 13. pozisyonunda bulunan bit’i, 0 dan 1’e çevirerek adayın fazladan oy almasına sebeb olmuştu.
Alınan Önlemler
Bilgisayarlar, eskiden atalarımızın yiyeceklerini korumak için toprağa gömdüğü gibi toprağın altına gömülerek kozmik ışınlardan korunabilir, ancak kozmik ışınlardan kaynaklanan hatalara karşı veriyi korumanın en pratik yolu ECC (Error Correctting Code) bellek yongalarını kullanmaktır. ECC bellekler, hatalarını algılamak ve düzeltmek için özel devrelere sahip özel bir bellek yongası türüdür.
Kozmik ışınlara maruz kalma olasılığı, rakımla birlikte büyük ölçüde artar. Ağrı dağının tepesinde bulunan bir bilgisayar, istanbulda normal bir apartman içerisinde bulunan bilgisayardan 4 kat daha fazla kozmik ışın, bir uçakta bulunan bir bilgisayar 300 kat daha fazla ve uzayda bulunan bir bilgisayar 1000 kat daha fazla kozmik ışınlara maruz kalabilir. Uzay araçlarında ve uçaklarda kullanılan bilgisayarda “radyasyona” ve kozmik ışınlara dayanıklı malzemeler ve elektronik yongalar kullanılır. Bu sayede kozmik ışın ve radyasyondan kaynaklanan hatalar minimum seviyede tutulur.
Kapanışa doğru
Türkiye’de bilgisayar ve yazılım sektörünün Framework tartışmaları, “XXX Framework nasıl kullanılır?” ve “Hangi programlama dili ile başlamalıyım?” tarzındaki aynı blog yazılarını ve framework kavgalarını okumaktan gına gelmiş birisi olarak, umarım bu yazıyı heyecanla okumuş ve beğenmişsinizdir.