O que é um kernel

O kernel é o núcleo de um sistema operativo, a parte que fica entre as suas aplicações e o seu hardware. Ele gere os recursos do seu computador (CPU, memória, armazenamento, dispositivos) e expõe uma maneira segura e consistente para o software utilizá-los. Pense nele como um guarda de trânsito e tradutor que mantém tudo a funcionar sem colisões.

Em um nível elevado, o kernel:

• Os horários funcionam. Decide qual programa recebe tempo de CPU e quando.
• Gerencia a memória. Mantém os dados de cada aplicativo separados e aloca RAM conforme necessário.
• Lida com dispositivos e ficheiros. Comunica com os controladores da sua GPU, SSD, placa de rede e sistemas de ficheiros.
• Mediador de E/S. Lê e grava ficheiros e dados de rede em nome das aplicações.
• Reforça a segurança. Separa o modo de utilizador (aplicações) do modo kernel (o núcleo do sistema operativo) para que uma aplicação com erros não possa bloquear todo o sistema.

Não exatamente. O «sistema operativo» geralmente inclui o kernel , além de ferramentas e serviços do espaço do utilizador (shells, bibliotecas, ambientes de trabalho, serviços em segundo plano, etc.). Na conversa cotidiana, as pessoas confundem os termos, mas, estritamente falando, o kernel é apenas o núcleo privilegiado no qual tudo o resto se baseia.

Quando um aplicativo precisa guardar um ficheiro ou enviar um pacote de rede, ele faz uma chamada ao sistema, uma solicitação controlada que passa do modo de utilizador para o modo kernel. O kernel verifica as permissões, encaminha a solicitação para o subsistema ou controlador correto e retorna o resultado ao aplicativo. Essa barreira mantém os aplicativos protegidos uns dos outros e das arestas do hardware.

Sim. Verá alguns projetos gerais em discussão:

• Os kernels monolíticos agrupam serviços essenciais e muitos controladores. (Exemplo: o kernel Linux.)
• Os microkernels mantêm o núcleo pequeno e transferem mais serviços para fora do kernel para isolamento.
• As abordagens híbridas ou modulares combinam ideias práticas. Os sistemas frequentemente inserem ou removem componentes do kernel para melhorar o desempenho ou a segurança.

Todos eles têm o mesmo objetivo: controle confiável e rápido do hardware. (O XNU da Apple, por exemplo, combina um microkernel Mach com uma camada BSD; o Windows documenta uma arquitetura de kernel em camadas.)

Depende da sua plataforma:

• Windows/macOS: As atualizações do kernel chegam como parte das atualizações normais do sistema operativo.
• Linux e muitos servidores/dispositivos: O kernel é um pacote separado que pode ser atualizado através da sua distribuição ou fornecedor. Os kernels de suporte de longo prazo (LTS) trocam novos recursos por estabilidade.

A atualização traz suporte de hardware, ajustes de desempenho e correções de segurança, mas em sistemas de produção você normalmente testará primeiro.

Versão muito resumida: o firmware/UEFI é executado primeiro, o gestor de arranque carrega o kernel na memória, o kernel inicializa o hardware e os controladores, monta o armazenamento e, em seguida, inicia o primeiro processo do espaço do utilizador que ativa o resto do sistema. Depois disso, ele agenda continuamente o trabalho e lida com a E/S em segundo plano.

Com certeza. Os telemóveis Android, consolas de jogos, routers e smart TVs geralmente executam algum tipo de sistema operativo com um kernel interno. O conceito não se aplica apenas a computadores de secretária e portáteis.

Se algo der errado dentro do kernel (como um erro crítico do driver), o sistema operativo geralmente para, em vez de arriscar corromper os dados. Os sistemas semelhantes ao Unix relatam um kernel panic; o Windows mostra um erro de paragem (a «tela azul»). É dramático, mas é uma medida de segurança de último recurso que protege os seus ficheiros.

• O kernel é o núcleo privilegiado do sistema operativo que gere a CPU, a memória, os dispositivos e a E/S.
• As aplicações interagem com ele através de chamadas de sistema entre o modo de utilizador e o modo kernel.
• Diferentes designs de kernel (monolítico, microkernel, híbridos) equilibram desempenho, isolamento e facilidade de manutenção.

• Espaço do utilizador / Espaço do kernel: Regiões onde os aplicativos normais e o kernel são executados.
• Chamada de sistema (syscall): O ponto de entrada controlado das aplicações para os serviços do kernel.
• Driver: Componente do kernel ou do espaço do utilizador que sabe como operar um dispositivo específico.
• Agendador: Componente do kernel que decide qual thread será executado a seguir.
• Memória virtual: recurso do kernel que atribui a cada processo o seu próprio espaço de endereço.
• Bootloader: Programa que carrega o kernel na memória durante a inicialização.
• Erro fatal do kernel/paragem do sistema: uma falha fatal no modo kernel que interrompe o sistema para evitar danos.