Kernel is een centraal onderdeel van een besturingssysteem dat de werking van computer en hardware beheert. Het beheert in principe de bewerkingen van geheugen en CPU-tijd. Het is een kerncomponent van een besturingssysteem. Kernel fungeert als brug tussen applicaties en gegevensverwerking die op hardwareniveau wordt uitgevoerd met behulp van communicatie tussen processen en systeemaanroepen.

Kernel laadt eerst in het geheugen wanneer een besturingssysteem wordt geladen en blijft in het geheugen totdat het besturingssysteem weer wordt afgesloten. Het is verantwoordelijk voor verschillende taken, zoals schijfbeheer, taakbeheer en geheugenbeheer.

Kernel heeft een procestabel die alle actieve processen bijhoudt
• Procestabel bevat een tabel per procesregio waarvan de ingang verwijst naar items in de regiotabel.

Kernel laadt een uitvoerbaar bestand in het geheugen tijdens ‘exec’ systeemaanroep’.

Het beslist welk proces aan de processor moet worden toegewezen om uit te voeren en welk proces in het hoofdgeheugen moet worden bewaard om uit te voeren. Het fungeert in feite als een interface tussen gebruikersapplicaties en hardware. Het belangrijkste doel van de kernel is het beheren van de communicatie tussen software, dat wil zeggen toepassingen op gebruikersniveau, en hardware, dat wil zeggen CPU en schijfgeheugen.

Doelstellingen van Kernel:

• Om communicatie tot stand te brengen tussen applicatie op gebruikersniveau en hardware.
• Om de status van inkomende processen te bepalen.
• Om schijfbeheer te beheren.
• Om het geheugenbeheer te regelen.
• Om het taakbeheer te controleren.

Soorten kernel:

nat versus bed

1. Monolithische kern –

Het is een van de soorten kernel waarbij alle besturingssysteemservices in de kernelruimte werken. Er zijn afhankelijkheden tussen systeemcomponenten. Het heeft enorme regels code die complex zijn.

Voorbeeld:

Unix, Linux, Open VMS, XTS-400 etc.>

Voordeel:
1. Efficiëntie: Monolithische kernels zijn over het algemeen sneller dan andere soorten kernels, omdat ze niet bij elke systeemaanroep hoeven te schakelen tussen gebruikers- en kernelmodi, wat overhead kan veroorzaken.

2. Strakke integratie: Omdat alle besturingssysteemservices in de kernelruimte draaien, kunnen ze efficiënter met elkaar communiceren, waardoor het eenvoudiger wordt om complexe functionaliteiten en optimalisaties te implementeren.

3. Eenvoud: Monolithische kernels zijn eenvoudiger te ontwerpen, implementeren en debuggen dan andere soorten kernels, omdat ze een uniforme structuur hebben die het gemakkelijker maakt om de code te beheren.

4. Lagere latentie: Monolithische kernels hebben een lagere latentie dan andere soorten kernels, omdat systeemaanroepen en interrupts rechtstreeks door de kernel kunnen worden afgehandeld.

Nadeel:

1. Stabiliteitsproblemen: Monolithische kernels kunnen minder stabiel zijn dan andere soorten kernels, omdat elke bug of beveiligingskwetsbaarheid in een kernelservice het hele systeem kan beïnvloeden.

2. Beveiligingsproblemen: Omdat alle besturingssysteemservices in de kernelruimte draaien, kan elk beveiligingsprobleem in een van de services het hele systeem in gevaar brengen.

3. Onderhoudsproblemen: Monolithische kernels kunnen moeilijker te onderhouden zijn dan andere soorten kernels, omdat elke verandering in een van de services het hele systeem kan beïnvloeden.

4. Beperkte modulariteit: Monolithische kernels zijn minder modulair dan andere soorten kernels, omdat alle besturingssysteemservices nauw geïntegreerd zijn in de kernelruimte. Dit maakt het moeilijker om functionaliteit toe te voegen of te verwijderen zonder het hele systeem te beïnvloeden.
2. Micro-kernel –
Het zijn kerneltypen die een minimalistische benadering hebben. Het heeft virtueel geheugen en threadplanning. Het is stabieler met minder services in de kernelruimte. Het brengt rust in de gebruikersruimte.

Het wordt gebruikt in kleine besturingssystemen.

Voorbeeld :

Mach, L4, AmigaOS, Minix, K42 etc.>

Voordelen:

1. Betrouwbaarheid: Microkernel-architectuur is ontworpen om betrouwbaarder te zijn dan monolithische kernels. Omdat de meeste besturingssysteemservices buiten de kernelruimte worden uitgevoerd, heeft een bug of beveiligingsprobleem in een service geen invloed op het hele systeem.

cabine-algoritme

2. Flexibiliteit : Microkernel-architectuur is flexibeler dan monolithische kernels, omdat hierdoor verschillende besturingssysteemservices kunnen worden toegevoegd of verwijderd zonder dat dit het hele systeem beïnvloedt.

3. Modulariteit: De architectuur van microkernel is modulairer dan monolithische kernels, omdat elke besturingssysteemservice onafhankelijk van de andere draait. Dit maakt het eenvoudiger om het systeem te onderhouden en te debuggen.

4. Draagbaarheid: Microkernel-architectuur is draagbaarder dan monolithische kernels, omdat de meeste besturingssysteemservices buiten de kernelruimte draaien. Dit maakt het eenvoudiger om het besturingssysteem over te zetten naar verschillende hardware-architecturen.

Nadelen:

1. Prestaties: Microkernelarchitectuur kan langzamer zijn dan monolithische kernels omdat er meer contextwisselingen nodig zijn tussen gebruikersruimte en kernelruimte.

2. Complexiteit: Microkernelarchitectuur kan complexer zijn dan monolithische kernels, omdat er meer communicatie- en synchronisatiemechanismen tussen de verschillende besturingssysteemservices nodig zijn.

3. Ontwikkelingsproblemen: Het ontwikkelen van besturingssystemen op basis van microkernelarchitectuur kan moeilijker zijn dan het ontwikkelen van monolithische kernels, omdat het meer aandacht voor detail vereist bij het ontwerpen van de communicatie- en synchronisatiemechanismen tussen de verschillende services.

4. Hoger gebruik van hulpbronnen: Microkernelarchitectuur kan meer systeembronnen, zoals geheugen en CPU, gebruiken dan monolithische kernels, omdat er meer communicatie- en synchronisatiemechanismen tussen de verschillende besturingssysteemservices nodig zijn.

3. Hybride kernel –
Het is de combinatie van zowel monolithische kernel als microkernel. Het heeft de snelheid en het ontwerp van een monolithische kernel en de modulariteit en stabiliteit van een microkernel.

Voorbeeld :

Windows NT, Netware, BeOS etc.>

Voordelen:

wat zit er in python

1. Prestaties: Hybride kernels kunnen betere prestaties bieden dan microkernels omdat ze het aantal vereiste contextwisselingen tussen gebruikersruimte en kernelruimte verminderen.

2. Betrouwbaarheid: Hybride kernels kunnen een betere betrouwbaarheid bieden dan monolithische kernels, omdat ze stuurprogramma's en andere kernelcomponenten in afzonderlijke beschermingsdomeinen isoleren.

3. Flexibiliteit: Hybride kernels kunnen een betere flexibiliteit bieden dan monolithische kernels, omdat ze het mogelijk maken dat verschillende besturingssysteemservices worden toegevoegd of verwijderd zonder dat dit het hele systeem beïnvloedt.

4. Compatibiliteit: Hybride kernels kunnen beter compatibel zijn dan microkernels omdat ze een breder scala aan apparaatstuurprogramma's kunnen ondersteunen.

Nadelen:

1. Complexiteit: Hybride kernels kunnen complexer zijn dan monolithische kernels omdat ze zowel monolithische als microkernelcomponenten bevatten, wat het ontwerp en de implementatie moeilijker kan maken.

2. Beveiliging: Hybride kernels kunnen minder veilig zijn dan microkernels omdat ze een groter aanvalsoppervlak hebben vanwege de opname van monolithische componenten.

3. Onderhoud: Hybride kernels kunnen moeilijker te onderhouden zijn dan microkernels, omdat ze een complexer ontwerp en implementatie hebben.

grijze code

4. Gebruik van hulpbronnen: Hybride kernels kunnen meer systeembronnen gebruiken dan microkernels, omdat ze zowel monolithische als microkernelcomponenten bevatten.

4. Exo-kernel –
Het is het type kernel dat het end-to-end-principe volgt. Het heeft zo min mogelijk hardware-abstracties. Het wijst fysieke bronnen toe aan applicaties.

Voorbeeld :

Nemesis, ExOS etc.>

Voordelen:

1. Flexibiliteit: Exokernels bieden het hoogste niveau van flexibiliteit, waardoor ontwikkelaars het besturingssysteem kunnen aanpassen en optimaliseren voor hun specifieke applicatiebehoeften.

2. Prestaties: Exokernels zijn ontworpen om betere prestaties te leveren dan traditionele kernels, omdat ze onnodige abstracties elimineren en applicaties rechtstreeks toegang geven tot hardwarebronnen.

3. Beveiliging: Exokernels bieden betere beveiliging dan traditionele kernels omdat ze een fijnmazige controle mogelijk maken over de toewijzing van systeembronnen, zoals geheugen en CPU-tijd.

4. Modulariteit: Exokernels zijn zeer modulair, waardoor besturingssysteemservices eenvoudig kunnen worden toegevoegd of verwijderd.

Nadelen:

1. Complexiteit: Exokernels kunnen complexer zijn om te ontwikkelen dan traditionele kernels, omdat ze meer aandacht voor detail en een zorgvuldige afweging van de toewijzing van systeembronnen vereisen.

2. Ontwikkelingsproblemen: Het ontwikkelen van applicaties voor exokernels kan moeilijker zijn dan voor traditionele kernels, omdat applicaties geschreven moeten worden om rechtstreeks toegang te krijgen tot hardwarebronnen.

3. Beperkte ondersteuning: Exokernels zijn nog steeds een opkomende technologie en hebben mogelijk niet hetzelfde niveau van ondersteuning en middelen als traditionele kernels.

4. Moeilijkheden bij het opsporen van fouten: Het debuggen van applicaties en besturingssysteemservices op exokernels kan moeilijker zijn dan op traditionele kernels vanwege de directe toegang tot hardwarebronnen.

5. Nanokernel –
Het is het type kernel dat hardware-abstractie biedt, maar zonder systeemservices. Micro Kernel heeft ook geen systeemdiensten, daarom zijn de Micro Kernel en Nano Kernel analoog geworden.

Voorbeeld :

EROS etc.>

Voordelen:

1. Klein formaat: Nanokernels zijn ontworpen om extreem klein te zijn en bieden alleen de meest essentiële functies die nodig zijn om het systeem te laten draaien. Dit kan ze efficiënter en sneller maken dan andere kerneltypen.

2. Hoge modulariteit: Nanokernels zijn zeer modulair, waardoor besturingssysteemservices eenvoudig kunnen worden toegevoegd of verwijderd, waardoor ze flexibeler en aanpasbaarder worden dan traditionele monolithische kernels.

3. Beveiliging: Nanokernels bieden een betere beveiliging dan traditionele kernels omdat ze een kleiner aanvalsoppervlak hebben en een verminderd risico op fouten of bugs in de code.

4. Draagbaarheid: Nanokernels zijn ontworpen om zeer draagbaar te zijn, waardoor ze op een breed scala aan hardware-architecturen kunnen draaien.

mvc in lenteframework

Nadelen:

1. Beperkte functionaliteit: Nanokernels bieden alleen de meest essentiële functies, waardoor ze ongeschikt zijn voor complexere toepassingen die een breder scala aan diensten vereisen.

2. Complexiteit: Omdat nanokernels alleen essentiële functionaliteit bieden, kunnen ze complexer zijn om te ontwikkelen en te onderhouden dan andere kerneltypen.

3. Prestaties: Hoewel nanokernels zijn ontworpen met het oog op efficiëntie, kan hun minimalistische benadering in bepaalde situaties mogelijk niet hetzelfde prestatieniveau bieden als andere kerneltypen.

4. Compatibiliteit: Vanwege hun minimalistische ontwerp zijn nanokernels mogelijk niet compatibel met alle hardware- en softwareconfiguraties, waardoor hun praktische gebruik in bepaalde contexten wordt beperkt.