BetriebssystemKerns

Betriebssystemkerns, oft als Kern des Betriebssystems bezeichnet, ist der zentrale Bestandteil eines Computersystems. Er verwaltet Hardware-Ressourcen wie CPU, Speicher und Ein- und Ausgabegeräte und bietet grundlegende Dienste für alle anderen Softwareebenen. Der Kernel läuft im privilegierten Kernelmodus und bildet die Schnittstelle zwischen Hardware und Software. Er abstrahiert Prozesse, Speicherverwaltung, Dateizugriff und Gerätetreiberschnittstellen und behandelt Unterbrechungen, Kontextwechsel und Systemaufrufe.

Architektur. Es gibt verschiedene Kernel-Designs. Monolithische Kerne bündeln viele Dienste im Kernelmodus, was schnelle Ausführung ermöglicht, aber höhere Komplexität erzeugt. Mikrokerne führen einen kleinen Kern aus, während der Rest als Benutzerdienste läuft. Hybride Kerne kombinieren Merkmale beider Ansätze. Beispiele: Linux wird oft als monolithischer Kernel betrachtet; Windows NT-ähnliche Systeme und macOS XNU verwenden hybride Ansätze. Viele Systeme unterstützen modulare Kernel, die Funktionen zur Laufzeit laden oder entfernen.

Zu den Hauptaufgaben gehören Prozessverwaltung und Scheduling, virtuelle Speicher- und Paging-Verwaltung, Gerätemanagement durch Treiber, Ein- und Ausgabesysteme, Dateizugriff, Netzwerke und Interprozessor- bzw. Interprozesskommunikation. Er bietet Systemaufrufe, über die Anwendungen Dienste nutzen, und sorgt für Sicherheit durch Berechtigungen und Isolation. Moderne Kerne unterstützen zudem Virtualisierung, TLB-basiertes Speichermanagement, Seitenersetzung und Kernel-Module.

Die Entwicklung des Kerns spiegelt die Hardwareentwicklung wider: von einfachen Anfängen zu modularen, sicheren und skalierbaren Systemen. Open-Source-Projekte wie Linux haben Kern-Designs stark beeinflusst. Zunehmend legen Kerne Wert auf Stabilität, Sicherheit, Scheduling-Politiken und Leistungsoptimierung, inklusive Unterstützung für Multicore-Prozessoren und heterogene Hardware.