Was ist ein Kernel?

Grundlegendes

• Der Kernel eines Betriebssystems bildet die hardwareabstrahierende Schicht
• Er stellt auf dieser Basis der aufsetzenden Software eine einheitliche Schnittstelle (API) zur Verfügung.
• Diese agiert unabhängig von der Rechnerarchitektur.
• Die Software kann so immer auf die Schnittstelle zugreifen und braucht die Hardware nicht genauer zu kennen.
• Linux ist dabei ein modularer monolithischer Kernel.
• Der Kernel ist so etwas wie ein Vermittler zwischen Anwendungsprogrammen und Hardware.
• Die Aufgaben sind Speicherverwaltung, Prozessverwaltung, Multitasking, Lastverteilung, Durchsetzung der Berechtigungen und Eingabe/Ausgabe-Operationen auf verschiedenen Geräten.
• Der Kernel wird beim Systemstart in den Speicher geladen und verbleibt dort während der ganzen Zeit.
• Der Kern selbst hat keine Anwendungsprogramme, Bibiotheken oder Sytemsoftware.

Schaubild

• Die Anwendungsprogramme greifen nicht direkt auf die Hardware zu.
• Sie rufen Kernel System Calls auf und diese machen dann die wirklichen Aktionen.
• Der Kernel kann aber auch Aufrufe verweigern.

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Kernel und Module

• Ein Kernel Modul ist mit einem Treiber vergleichbar.
• Er wird geladen und bildet eine Einheit mit dem Kernel.

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Kernelarten

Monolithischer Kernel

• Funktionen zu Speicher- und Prozessverwaltung und zur Kommunikation zwischen den Prozessen, Treiber sind direkt eingebaut
• Für die Treiber werden keine zusätzlichen Programme benötigt – ein Geschwindigkeitsvorteil gegenüber einem Mikrokernel.

Mikrokernel

• Auch µ-Kernel oder Mikrokern, ist ein Betriebssystemkern, der im Gegensatz zu einem monolithischen Kernel nur grundlegende Funktionen erfüllt.
• In der Regel sind dies Speicher- und Prozessverwaltung, sowie Grundfunktionen zur Synchronisation und Kommunikation.
• Alle weiteren Funktionen werden als eigene Prozesse (Server), die mit den nachfragenden Programmen (Client) kommunizieren
• Diese laufen im User-Space
• Oder sie werden als Programmbibliothek, welche von den nachfragenden Programmen eingebunden wird, im Benutzer-Modus implementiert.

Hybridkernel

• Ein Hybridkernel (oder auch Makrokernel) ist ein Kompromiss zwischen einem Microkernel und einem monolithischen Kernel.
• Es werdenaus Geschwindigkeitsgründen einige Teile von monolithischen Kerneln in den Kern integriert und ist deswegen kein reiner Mikrokernel mehr.
• Er besitzt aber noch nicht genügend Funktionen um als monolithischer Kernel zu gelten.