KernelSchnittstellen

KernelSchnittstellen bezeichnen die Verbindungs- und Interaktionspunkte zwischen dem Kernel eines Betriebssystems und anderen Systemkomponenten, insbesondere Anwendungen im Benutzerraum und Treibern. Sie definieren, wie Ressourcen verwaltet, Informationen ausgetauscht und Dienste angefordert werden.

Zu den wichtigsten Benutzer-space Schnittstellen gehören Systemaufrufe, die das Kernel-Interface unmittelbar zugänglich machen, sowie Bibliotheken und Wrapper, die häufig genutzte Funktionen kapseln. Diese Schnittstellen bilden die Benutzer-zu-Kernel-API (UAPI) und ermöglichen absichtlich stabile Abstraktionen über Kernel-Versionen hinweg. Auf Dateisystemseite erfolgt der Zugriff über Geräte-Dateien im Verzeichnis /dev, während das Virtual File System (VFS) Modell als gemeinsame Abstraktion für verschiedene Dateisysteme fungiert.

Auf Kernel-Seite umfassen Schnittstellen die APIs, die Treiber und Kernel-Module verwenden, um Hardware und Subsysteme anzusprechen. Dazu gehören Device-Driver-APIs, Module-Interfaces sowie interne Subsystem-Schnittstellen wie VFS, Speicherverwaltung und Scheduling. Treiber kommunizieren mit dem Kernel oft über definierte Operationen und Strukturen, die Open-, Read-, Write- und IO-Control-Aufrufe festlegen.

Netzwerk- und IPC-Schnittstellen zeigen verschiedene Wege, über die Kernel-Optionen, Ereignisse und Ressourcen zu Anwendungen gelangen. Typische Beispiele sind Netlink, ioctl, mmap und epoll. Dateisystem-Interfaces erklären die Interaktion mit Dateien, Verzeichnissen und Metadaten, gesteuert durch Kernel-Objekte wie Inodes, Dentries und Superblocks. Laufzeitinformationen werden über spezielle Dateisysteme wie /proc und /sys bereitgestellt.

Wichtige Grundprinzipien sind Abstraktion, Stabilität und Versionsverwaltung. Die Trennung von API und ABI soll Kompatibilität gewährleisten. Änderungen an Kernel-Schnittstellen erfordern sorgfältige Planung, um Stabilität von Benutzercode und Treibern zu wahren. Beispiellhafte Kernel-Schnittstellen umfassen POSIX-Systemaufrufe sowie kernel-spezifische Mechanismen wie ioctl, mmap, Netlink und die VFS-Architektur.