Betriebssystemkern

Der Betriebssystemkern, kurz Kernel, ist der zentrale Bestandteil eines Betriebssystems. Er verwaltet Ressourcen der Hardware, bietet grundlegende Dienste für andere Teile des Systems und bildet die Schnittstelle zwischen Anwendungen und der physischen Hardware.

Zu den Kernaufgaben gehören die Prozess- und Thread-Verwaltung, Speicherverwaltung, die Steuerung von Ein- und Ausgabegeräten, Systemaufrufe, Interrupt-Behandlung, Scheduling sowie die Interprozesskommunikation und Sicherheitsmechanismen.

Kern-Architekturen unterscheiden sich durch den Umfang der im Kernel implementierten Funktionen. Monolithische Kernel bündeln viele Dienste direkt im Kernel, Mikrokernele legen die Dienste in User-Space aus, während Hybridkerne beides kombinieren. Diese Unterschiede beeinflussen Leistung, Stabilität und Erweiterbarkeit.

Der Kernel arbeitet im Kernel-Modus und operiert mit privilegierten Anweisungen. Zwischen Kernel und Anwendungen bestehen Schnittstellen wie Systemaufrufe; Geräte-Treiber können in Modulen geladen werden. Moderne Systeme verwenden oft modulare Kernel, die Treiber oder Funktionen bei Bedarf laden und so Flexibilität sowie Aktualisierung erleichtern.

Beispiele sind der Linux-Kernel, der Windows NT-Kernel, XNU (für macOS und iOS) sowie Kernel der BSD-Systeme. In der Praxis unterscheiden sich Implementierung und API je nach Betriebssystem, bleiben jedoch in ihren Grundaufgaben meist ähnlich.

Sicherheit und Stabilität hängen stark von der Architektur ab; ein Fehler im Kernel kann das gesamte System gefährden. Techniken wie Speicherschutz, robuste Fehlerbehandlung, Kernel-Modularität und strikte Privilegien tragen dazu bei, Systeminstabilitäten zu verhindern.