Was ist ein Kernel in einem Betriebssystem? Welche Arten von Kernel gibt es?

Ein Kernel ist die zentrale Komponente eines Betriebssystems (OS). Es ist für die Verwaltung der Systemressourcen und die Bereitstellung von Diensten für Benutzerprogramme verantwortlich. Es gibt zwei Arten von Kernel: monolithisch und Mikrokernel. Ein monolithischer Kernel ist eine einzelne, große, ausführbare Datei, die den gesamten Code für das Betriebssystem enthält. Monolithische Kernel sind normalerweise schneller und effizienter als Mikrokernel, aber sie sind auch schwieriger zu entwerfen und zu debuggen. Ein Mikrokernel ist ein kleiner modularer Kernel, der nur den Code enthält, der für grundlegende Systemfunktionen erforderlich ist. Mikrokerne sind in der Regel flexibler und einfacher zu entwerfen und zu debuggen als monolithische Kernel, aber sie können langsamer und weniger effizient sein.

Jedes Betriebssystem, sei es Windows, Mac, Linux oder Android, hat ein grundlegendes Programm namens Kern der als „Boss“ für das gesamte System fungiert. Dies ist das Herzstück des Betriebssystems! Der Kernel ist nichts anderes als ein Computerprogramm, das alles andere steuert. Alles, was auf dem Computer passiert, läuft durch ihn. In diesem Beitrag werden wir diskutieren, was ein Kernel im Betriebssystem ist, und verschiedene Kerneltypen.

Was ist ein Kernel in OS

Nachdem wir nun wissen, dass dies das Hauptprogramm im Betriebssystem ist, sollten wir auch wissen, dass dies das erste Programm ist, das nach dem Bootloader geladen wird. Es übernimmt dann die gesamte Verhandlung zwischen Hardware und Software oder Anwendungen. Wenn Sie also ein Programm ausführen, sendet die Benutzeroberfläche eine Anfrage an den Kernel. Der Kernel sendet dann eine Anfrage an die CPU, Speicher, um Rechenleistung, Speicher und andere Dinge zuzuweisen, damit die Anwendung auf dem Frontend reibungslos laufen kann.

Sie können sich den Kernel als Übersetzer vorstellen. Es übersetzt E/A-Anforderungen von der Software in eine Reihe von Anweisungen für CPU und GPU. Einfach gesagt ist es die Schicht zwischen Software und Hardware, die alles möglich macht. Der Kernel verwaltet Folgendes:

1. CPU/GPU
2. Speicher
3. E/A oder E/A-Geräte
4. Resourcenmanagement
5. Speicherverwaltung
6. Geräteverwaltung
7. Systemaufrufe.

Benutzerprozesse können nur über Systemaufrufe auf Kernelspace zugreifen. Wenn das Programm versucht, direkt darauf zuzugreifen, führt dies zu einem Fehler.

Keylogger-Detektorfenster 10

Kernel-Sicherheit und -Schutz

Der Kernel schützt auch die Hardware. Wenn kein Schutz vorhanden ist, kann jedes Programm jede Aufgabe auf dem Computer ausführen, einschließlich Absturz Ihres Computers, Datenbeschädigung usw.

In modernen Computern wird die Sicherheit auf Hardwareebene implementiert. Beispielsweise lädt Windows keine Treiber, die nicht aus einer vertrauenswürdigen Quelle stammen und mit einer Signatur zertifiziert sind. Sicherer Start und vertrauenswürdiger Start sind klassische Beispiele.

Ordner Hintergrundfarbe ändern Fenster 10

Sicherer Startvorgang: Dies ist ein von der PC-Industrie entwickelter Sicherheitsstandard. Es schützt Ihr System vor Malware, indem es verhindert, dass nicht autorisierte Anwendungen während des Systemstarts ausgeführt werden. Diese Funktion stellt sicher, dass Ihr Computer nur mit Software startet, der der PC-Hersteller vertraut. Daher überprüft die Firmware jedes Mal, wenn Ihr Computer startet, die Signatur jeder Boot-Software, einschließlich Firmware-Treiber (Options-ROMs) und des Betriebssystems. Wenn die Signaturen verifiziert sind, bootet der Computer und die Firmware übergibt die Kontrolle an das Betriebssystem.

Vertrauenswürdiger Start: Es verwendet virtuelle Vertrauenswürdiges Plattformmodul (VTPM), um die digitale Signatur des Windows 10-Kernels vor dem Booten zu überprüfen. Im Gegenzug bestätigt es alle anderen Komponenten des Windows-Startvorgangs, einschließlich Starttreiber, Startdateien und ELAM. Wenn die Datei in irgendeiner Weise geändert oder modifiziert wurde, erkennt das Ladeprogramm dies und verweigert das Laden, da es als beschädigte Komponente erkannt wird. Kurz gesagt, es bietet eine Vertrauenskette für alle Elemente zur Ladezeit.

Welche Arten von Kernel gibt es?

Der Kern kann auch über eine sichere Leitung mit Hardware kommunizieren. Auf diese Weise können Unternehmen einen Kernel entwickeln, der über eine Reihe von Schaltflächen mit ihrer Hardware interagieren kann. Nehmen wir zum Beispiel eine Waschmaschine. Je nachdem, welche Knöpfe Sie bewegen und welche Zeit eingestellt ist, sollte ein grundlegendes Kernel-Level ausreichen. Die Kernel selbst werden jedoch mit der Zeit komplexer, was zu Kernel-Typen führt.

1. Monolithischer Kern: Dabei laufen sowohl OS als auch Kernel im gleichen Speicherplatz und eignen sich dort, wo Sicherheit keine wirkliche Rolle spielt. Dies führt zu einem schnelleren Zugriff, aber wenn es einen Fehler im Gerätetreiber gibt, stürzt das gesamte System ab.
2. Mikronukleus: Dies ist eine abgespeckte Version des monolithischen Kernels, bei der der Kernel selbst die meiste Arbeit erledigen kann und keine zusätzliche GUI erforderlich ist. Sie sollten dort verwendet werden, wo Sicherheit und Systemfehler nicht vorhanden sind oder nicht auftreten werden.
3. Hybridkern: Dieser Kern ist das, was wir am meisten sehen. Windows, macOS von Apple. Sie sind eine Mischung aus einem monolithischen Kernel und einem Mikrokernel. Es entfernt Treiber, behält aber Systemdienste im Kernel - ähnlich wie Treiber wann geladen werden Windows startet den Bootvorgang .
4. Nano-Kern: Wenn Sie einen Kernel benötigen, aber die meisten seiner Funktionen extern konfigurierbar sind, dann wird dies offensichtlich.
5. Core-Exo: Dieser Kernel bietet nur Prozessschutz und Ressourcenhandhabung. Es wird jedoch hauptsächlich verwendet, wenn Sie Ihr eigenes Projekt testen und zu einem besseren Kerneltyp wechseln.

Der Kern ist viel mehr als das, worüber wir gesprochen haben. Wenn Sie tiefer graben, wird die Definition eines Kernels breiter und tiefer.

Wir hoffen, dass dieser Beitrag leicht verständlich war und Ihnen hilft, die Grundlagen zu verstehen.