Kernelmechanismen

Kernelmechanismen zijn de kernfaciliteiten die een besturingssysteemkern biedt om hardwarebronnen te beheren, processen uit te voeren en isolatie tussen processen te handhaven. Ze vormen de bouwstenen waarboven overige kern- en gebruikersruimte-software functioneert. Kernmechanismen leveren de lage-laagdiensten die nodig zijn voor betrouwbare uitvoering, terwijl beleidskeuzes over resource-toewijzing vaak apart worden geconfigureerd of in hogere lagen worden bepaald.

Belangrijke categorieën van kernelmechanismen zijn onder meer procesbeheer en contextwisseling, geheugenbeheer, interruptafhandeling en I/O, en interprocesscommunicatie (IPC). Procesbeheer omvat planning en de contextwisseling tussen processen. Geheugenbeheer regelt virtueel geheugen, paginering, geheugenverdeling en caching. Interruptafhandeling regelt hardware-onderbrekingen en koppelt deze aan bijbehorende kernelservices. I/O omvat device drivers, I/O-scheduling en buffering.

IPC en synchronisatie zijn cruciale mechanismen: de kernel biedt signals, pipes, shared memory, sockets en verschillende synchronisatieprimitieven zoals mutexen, semaforen en futexes. Daarnaast ondersteunen kernelonderdelen zoals de Virtual File System (VFS), page cache en geheugenallocatie (bijvoorbeeld slab-allocators en het buddy-systeem) de efficiëntie van bestandstoegang en geheugenbeheer.

Architectuurkeuzes beïnvloeden hoe mechanismen zijn geplaatst en hoe ze communiceren. In een monolithische kernel bevinden veel mechanismen zich in de kernelruimte, terwijl microkernen mechanismen uitbesteden aan gebruikersruimte en via IPC aansturen. Deze scheiding heeft consequenties voor performance, modulariteit en betrouwbaarheid.

Beveiliging en isolatie zijn geïntegreerde doelen van kernelmechanismen. Ze handhaven privilege-niveaus, controle op toegangsrechten en veilige communicatie tussen processen. Moderne systemen versterken dit met virtualisatie-ondersteuning zoals namespaces, cgroups en hardwarevirtualisatie (bijvoorbeeld KVM) om workloads te isoleren en te beheren.