Wat is een kernel?

De kernel is het hart van een besturingssysteem, het onderdeel dat zich tussen uw apps en uw hardware bevindt. Het beheert de bronnen van uw computer (CPU, geheugen, opslag, apparaten) en biedt software een veilige, consistente manier om deze te gebruiken. Zie het als een verkeersagent en vertaler die ervoor zorgt dat alles zonder botsingen blijft lopen.

Op hoog niveau, de kernel:

• Schema's werken. Bepaalt welk programma CPU-tijd krijgt en wanneer.
• Beheert het geheugen. Houdt de gegevens van elke app gescheiden en wijst RAM toe naar behoefte.
• Verwerkt apparaten en bestanden. Communiceert met stuurprogramma's voor uw GPU, SSD, netwerkkaart en bestandssystemen.
• Bemiddelt I/O. Leest en schrijft bestanden en netwerkgegevens namens apps.
• Zorgt voor veiligheid. Scheidt de gebruikersmodus (apps) van de kernelmodus (de kern van het besturingssysteem), zodat een buggy app niet het hele systeem kan laten crashen.

Niet helemaal. Het begrip 'besturingssysteem' omvat doorgaans de kernel plus tools en services voor de gebruikersruimte (shells, bibliotheken, desktopomgevingen, achtergrondservices, enz.). In het dagelijks taalgebruik worden deze termen door elkaar gebruikt, maar strikt genomen is de kernel slechts de bevoorrechte kern waarop al het andere steunt.

Wanneer een app een bestand moet opslaan of een netwerkpakket moet verzenden, doet deze een systeemaanroep, een gecontroleerd verzoek dat van de gebruikersmodus naar de kernelmodus gaat. De kernel controleert de machtigingen, stuurt het verzoek door naar het juiste subsysteem of stuurprogramma en stuurt het resultaat terug naar de app. Deze grens beschermt apps tegen elkaar en tegen de scherpe randen van de hardware.

Ja. Je ziet een paar algemene ontwerpen besproken worden:

• Monolithische kernels bundelen kernservices en veel stuurprogramma's samen. (Voorbeeld: de Linux-kernel.)
• Microkernels houden de kern klein en verplaatsen meer diensten buiten de kernel voor isolatie.
• Hybride of modulaire benaderingen combineren ideeën. Praktische systemen halen componenten vaak binnen of buiten de kernelgrens voor prestaties of veiligheid.

Al deze systemen hebben hetzelfde doel: betrouwbare, snelle besturing van hardware. (Apple's XNU combineert bijvoorbeeld een Mach-microkernel met een BSD-laag; Windows documenteert een gelaagde kernelarchitectuur.)

Dat hangt af van uw platform:

• Windows/macOS: Kernel-updates worden geleverd als onderdeel van normale OS-updates.
• Linux en veel servers/apparaten: De kernel is een apart pakket dat u kunt updaten via uw distributie of leverancier. Kernels met langdurige ondersteuning (LTS) ruilen nieuwe functies in voor stabiliteit.

Updates bieden hardwareondersteuning, prestatieverbeteringen en beveiligingsoplossingen, maar op productiesystemen test u deze meestal eerst.

Zeer korte versie: firmware/UEFI wordt eerst uitgevoerd, de bootloader laadt de kernel in het geheugen, de kernel initialiseert de hardware en stuurprogramma's, koppelt opslagmedia en start vervolgens het eerste gebruikersproces dat de rest van het systeem opstart. Daarna plant het continu taken in en verwerkt het I/O op de achtergrond.

Absoluut. Android-telefoons, gameconsoles, routers en smart-tv's draaien meestal op een soort besturingssysteem met een kernel onder de motorkap. Het concept is niet alleen voor desktops en laptops bedoeld.

Als er iets misgaat in de kernel (zoals een kritieke driverfout), stopt het besturingssysteem vaak in plaats van het risico te lopen gegevens te beschadigen. Unix-achtige systemen melden een kernel panic; Windows geeft een stopfout weer (het 'blauwe scherm'). Dat is dramatisch, maar het is een laatste veiligheidsmaatregel om uw bestanden te beschermen.

• De kernel is de bevoorrechte kern van het besturingssysteem die de CPU, het geheugen, de apparaten en de I/O beheert.
• Apps communiceren ermee via systeemaanroepen over de grens tussen de gebruikersmodus en de kernelmodus heen.
• Verschillende kernelontwerpen (monolithisch, microkernel, hybride) zorgen voor een evenwicht tussen prestaties, isolatie en onderhoudbaarheid.

• Gebruikersruimte / Kernelruimte: Gebieden waar normale apps versus de kernel worden uitgevoerd.
• Systeemaanroep (syscall): het gecontroleerde toegangspunt van apps naar kernel-services.
• Stuurprogramma: Kernel- of gebruikersruimtecomponent die weet hoe een specifiek apparaat moet worden bediend.
• Scheduler: Kernelcomponent die bepaalt welke thread als volgende wordt uitgevoerd.
• Virtueel geheugen: Kernelfunctie die elk proces zijn eigen adresruimte geeft.
• Bootloader: programma dat bij het opstarten de kernel in het geheugen laadt.
• Kernel panic / stop error: Een fatale kernel-mode fout die het systeem stillegt om schade te voorkomen.