Kernel

Was ist Kernel:

Kern ist ein englisches Wort, das in der Datenverarbeitung verwendet wird, um den Kern des Betriebssystems zu bezeichnen, das den Hauptbestandteil eines Computers darstellt.

Ein einfacher Wechsel von der Kernel-Version zu einer älteren oder aktuelleren Version reicht möglicherweise aus, um Hardware- und Kompatibilitätsprobleme auf dem Computer zu beheben.

Mit der vollen Kontrolle über alles, was mit dem System zusammenhängt, ist der Kernel eines der ersten Programme, die während des Startvorgangs geladen werden.

Sobald der Kernel ausgeführt wird, startet der Kernel einen Prozess, der die gesamte Hardware erkennt, die für den ordnungsgemäßen Betrieb des Computers erforderlich ist.

Darüber hinaus führt ein Kernel Software-Eingabe- und -Ausgabeanforderungen aus und verwaltet zum Beispiel Speicher und verwendete Peripheriegeräte.

Kernel-Funktion

Der Kernel, der Kern des Systems, ist für die Verbindung der Software mit der Hardware verantwortlich.

Auf diese Weise stellt es eine effektive Kommunikation zwischen den Ressourcen des Betriebssystems her und verwaltet seine Hauptfunktionen.

Nachfolgend die Hauptfunktionen eines Betriebssystems, das vom Kernel verwaltet wird.

Prozessmanagement

In einem Betriebssystem ist der Prozess ein laufendes Programm.

Die vom Kernel durchgeführte Prozessverwaltung entscheidet, welche Prozesse ausgeführt werden.

Jeder der laufenden Prozesse kann den Prozessor mehrmals in derselben Sekunde betreten und verlassen, was einem anderen Prozess Platz macht.

Der Kernel entscheidet, welche Prozesse auf dem Prozessor zugewiesen werden.

Da das Umschalten zwischen Prozessen sehr schnell erfolgt, kann ein Programm auch dann weiterlaufen, wenn es nicht auf dem Prozessor ist.

Zugriffsmodi

Die Ausführung eines Prozesses kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen.

Benutzermodus : besteht aus mehreren Subsystemen. Eine davon, einschließlich des Umweltsubsystems, führt Anwendungen aus, die für verschiedene Arten von Betriebssystemen entwickelt wurden.

Der Benutzermodus wird als unprivilegierter Modus betrachtet. Alle Software in diesem Modus muss Anforderungen an den Kernel stellen, um privilegierte Anweisungen auszuführen, z. B. das Erstellen von Prozessen.

Kernel-Modus : Wird als privilegiert betrachtet, da er Zugriff auf den gesamten Computer hat. Wenn sich die CPU im Kernel-Modus befindet, zeigt sie an, dass sie zuverlässige Software ausführt und Anweisungen ausführen kann.

Siehe die Bedeutung von CPU.

Speicherverwaltung

Im Task-Manager wird dem Kern ein Teil des RAM (Gesamtspeicher) zugewiesen.

Während der Prozessverwaltung sendet der Kernel die Programme an einen Adressraum.

Der dem Kernel zugewiesene Teil des Gesamtspeichers stellt sicher, dass für die Kernprozesse, die an diesen Speicherplatz gesendet werden sollen, immer Speicher verfügbar ist.

Der Kern hat auch die Funktion, die Speichermenge zu definieren, auf die jeder Prozess während seines Betriebs zugreifen kann.

Geräteverwaltung

Der Kern steuert die an den Computer angeschlossenen Peripheriegeräte.

Wenn ein Benutzer ein Gerät (z. B. einen Stift, einen Drucker, ein Headset, eine Maus usw.) anschließt, verwaltet der Kernel den Speicher dieses Geräts und kommuniziert mit den Programmen und der Hardware des Computers.

Jedes Gerät verfügt über ein Laufwerk, das auf einem bestimmten Betriebssystem ausgeführt werden kann. Daher funktioniert ein für Windows entwickelter Treiber beispielsweise nicht auf einem MAC.

Der Treiber jedes Geräts führt eine Art Übersetzung von Befehlen aus, die zwischen einem bestimmten elektronischen Gerät und dem Betriebssystem des Computers ausgeführt werden.

Der Zugriff auf die Dienste eines Betriebssystems erfolgt über eine als Shell bezeichnete Benutzeroberfläche, die im Englischen "Shell" bedeutet. Der Name ist darauf zurückzuführen, dass die Schale die äußerste Schicht um den Kern ist.

Siehe die Bedeutung der Schnittstelle.

Systemaufrufe

Systemaufrufe sind spezifische Funktionen der Computerprogramme, die im Benutzermodus verwendet werden. Sie werden verwendet, um den Kern des Betriebssystems eines Computers aufzurufen, damit dieser bestimmte Aktionen ausführt.

Diese Funktionen sind häufig komplex und verwenden Funktionen, auf die der Durchschnittsbenutzer keinen Zugriff hat.

Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Windows-Systemaufrufe und den entsprechenden Linux-Kernel.

WindowsLinuxProduktbeschreibung

CloseHandle

schliessen

Datei schließen

CreateFileoffenDatei erstellen
DeleteFileVerknüpfung aufhebenDatei löschen
ExitProcessAusfahrtBeenden Sie einen Prozess und alle seine Segmente
GetLocalTimeZeitAktuellen Ort, Datum und Uhrzeit abrufen

Erfahren Sie mehr über Windows.

Kernel-Typen

Der Kern eines Betriebssystems kann in seiner Architektur monolithisch, hybrid oder Mikronukleus sein .

Monolithisch

Gerätetreiber und Kernel-Erweiterungen werden im Kernel-Bereich mit vollem Hardwarezugriff ausgeführt.

Da alle Module in demselben Adressraum ausgeführt werden und ein Fehler in einem dieser Bereiche auftritt, kann das gesamte System betroffen sein.

Beispiele für Monolithen : Linux, BSD, MS-DOS und Solaris.

Linux ist einer der bekanntesten monolithischen Kernel.

Linux ist eine kostenlose und tragbare Software, die den Vorteil hat, auf Dutzenden von Plattformen zu arbeiten, von IBM-Computern bis zu mobilen Geräten, Smartphones oder iPods.

Erfahren Sie mehr über Software und Hardware.

Mikronukleus oder Mikrokernel

Der Mikronukleus ist, wie der Name schon sagt, ein sehr kleiner Kern und führt daher im Kernelraum so wenig Prozesse wie möglich durch.

Einige der Prozesse werden im Benutzerbereich ausgeführt.

Starten Sie bei einem Mikronukleus-Kernel einfach den Dienst, der das Problem verursacht hat, wenn ein Fehler auftritt.

Dadurch wird verhindert, dass das gesamte System (wie beim monolithischen Kernel) umgestoßen wird.

Beispiele für Mikrokerne : AIX, BeOS, L4, Mach, Minix, MorphOS, QNX, RADIOS, VSTa und GNU Hurd.

Hybrid

Hybridsysteme werden als Systeme betrachtet, die im Vergleich zu Monolithen und Mikrokernen mit einem Mittelweg arbeiten.

Der Hybrid kombiniert die Stabilität und Sicherheit des Mikrokerns mit der Leistung des Monolithen.

Der Hybridkern ähnelt einem Mikronukleus, hat jedoch im Kernraum einen Code ("nicht wesentlich"), so dass die ausgeführten Operationen schneller sind.

Beispiele für Hybride : AmigaOS, Android, Chrome, Macintosh, WebOS, Windows, OSX und Xinu.

Der Android-Kernel ist aus Linux aufgebaut. Nicht alle klassifizieren Android jedoch als Linux, da sie der Ansicht sind, dass es nur auf Linux basiert, nicht jedoch auf Linux.

Erfahren Sie mehr über Android.