BetriebssystemKernel

Der Betriebssystemkernel, kurz Kernel, ist der zentrale, privilegierte Teil eines Betriebssystems. Er verwaltet die-hardwareschnittstellen, koordiniert Ressourcen wie CPU, Arbeitsspeicher und I/O-Geräte und bietet anderen Programmen eine abstrakte, einheitliche Schnittstelle. Der Kernel läuft im Kernel-Modus und besitzt uneingeschränkten Zugriff auf die Systemressourcen, während Anwendungsprogramme im Benutzer-Modus laufen.

Zu den Kernaufgaben gehören die Prozessverwaltung (Planung, Kontextwechsel, Synchronisierung), die Speicherverwaltung (virtueller Speicher, Paging/Segmentation, Speicherzuweisung), die Interrupt- und Ausnahmeverarbeitung, die Verwaltung von Ein- und Ausgabegeräten über Treiber und die Bereitstellung eines Treiber-Interfaces sowie Interprozesskommunikation. Viele Kernel implementieren auch Konzepte zur Sicherheit und zum Schutz, etwa durch Prozessisolierung und Speicherschutz.

Architekturtypen unterscheiden sich in der Verteilung von Funktionen auf Kernel und andere Bausteine. Monolithische Kernel bündeln viele Dienste im Kernelraum (Beispiel Linux in seiner klassischen Ausprägung, wenn auch modular erweiterbar). Mikrokernele setzen auf einen minimalistischen Kernel, der grundlegende Dienste ausführt, während Treiber und weitere Dienste in Benutzerräumen laufen. Hybride Ansätze kombinieren Merkmale beider Modelle. Exokernel gehen noch einen Schritt weiter und geben Ressourcenverwaltung an Anwendungen zurück, während der Kernel nur Ressourcenverteilung bietet.

Der Unterschied zwischen Kernel und Benutzerraum ist grundlegend: Kernelfunktionen werden durch Systemaufrufe von Anwendungen genutzt, während Treiber und zentrale Systeme im Kernel-Modus arbeiten. Beim Bootvorgang lädt ein Bootloader den Kernel, initialisiert Kernsubsysteme und startet den ersten Benutzerprozess, der das restliche System hochfährt.