Mikrokernelarchitektur

Mikrokernelarchitektur bezeichnet eine Form der Betriebssystemarchitektur, bei der der Mikrokern so klein wie möglich gehalten wird. Der Kern implementiert nur die grundlegendsten Funktionen des Betriebssystems, während viele Dienste in separate Benutzermodusprozesse ausgelagert werden. Diese Modularität erleichtert Isolation und Portabilität.

Typische Aufgaben des Mikrokerns umfassen Speicher- und Prozessmanagement, Thread-Scheduling, Interprozesskommunikation (IPC) sowie grundlegende Unterbrechungs- und Interrupt-Verarbeitung. Die übrigen Systemdienste, wie Treiber, Dateisysteme und Netzwerkstacks, laufen als eigenständige Server im Benutzermodus und kommunizieren über IPC mit dem Mikrokern und untereinander.

Vorteile einer Mikrokernelarchitektur liegen in Stabilität und Sicherheit durch Isolation, einfacherer Wartbarkeit und höherer Portabilität. Fehler oder Abstürze in Treibern bleiben auf den jeweiligen Server beschränkt. Nachteile sind Leistungsaufwand durch IPC und Kontextwechsel, komplexere Systementwicklung und teils geringeren Throughput, besonders bei latency-sensitiven Anwendungen.

Historisch entstanden Mikrokernelkonzepte in den 1980er/1990er Jahren. Bekannte Umsetzungen sind MINIX 3, QNX Neutrino, die L4-Familie (darunter seL4) und Genode. Diese Systeme demonstrieren Unterschiede in Kompromissen zwischen Minimalkern und externen Diensten sowie Ansätze zur formalen Verifikation und Sicherheit.

Anwendungsgebiete umfassen eingebettete Systeme, sicherheitskritische Anwendungen, Raumfahrt und Telekommunikation. In der Praxis kommen oft Hybrid- oder gemischte Architekturen zum Einsatz, die Kernfunktionen teilweise monolithisch in den Kernel integrieren, um Leistungsanforderungen zu erfüllen.