Kernel er central komponent i et operativsystem, der styrer driften af ​​computer og hardware. Det styrer grundlæggende operationer af hukommelse og CPU-tid. Det er kernekomponenten i et operativsystem. Kernel fungerer som en bro mellem applikationer og databehandling udført på hardwareniveau ved hjælp af inter-proces kommunikation og systemopkald.

Kernel indlæses først i hukommelsen, når et operativsystem indlæses og forbliver i hukommelsen, indtil operativsystemet lukkes ned igen. Det er ansvarligt for forskellige opgaver såsom diskhåndtering, opgavehåndtering og hukommelseshåndtering.

Kernel har en procestabel, der holder styr på alle aktive processer
• Procestabel indeholder en per procesområdetabel, hvis indgang peger på poster i regiontabellen.

Kernel indlæser en eksekverbar fil i hukommelsen under 'exec' systemkald'.

Det bestemmer, hvilken proces der skal allokeres til processoren for at udføre, og hvilken proces der skal opbevares i hovedhukommelsen for at udføre. Det fungerer grundlæggende som en grænseflade mellem brugerapplikationer og hardware. Hovedformålet med kernen er at styre kommunikationen mellem software, dvs. applikationer på brugerniveau og hardware, dvs. CPU og diskhukommelse.

Kernels mål:

• At etablere kommunikation mellem brugerniveau applikation og hardware.
• At bestemme tilstanden af ​​indgående processer.
• For at kontrollere diskhåndtering.
• For at kontrollere hukommelseshåndtering.
• At kontrollere opgavestyring.

Kerneltyper:

1. Monolitisk kerne –

Det er en af ​​de typer kerne, hvor alle operativsystemtjenester opererer i kernerummet. Det har afhængigheder mellem systemkomponenter. Den har enorme linjer kode, som er kompleks.

Eksempel:

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

Fordel:
1. Effektivitet: Monolitiske kerner er generelt hurtigere end andre typer kerner, fordi de ikke behøver at skifte mellem bruger- og kernetilstande for hvert systemkald, hvilket kan forårsage overhead.

2. Tæt integration: Da alle operativsystemtjenesterne kører i kernerummet, kan de kommunikere mere effektivt med hinanden, hvilket gør det nemmere at implementere komplekse funktionaliteter og optimeringer.

3. Enkelhed: Monolitiske kerner er nemmere at designe, implementere og fejlfinde end andre typer kerner, fordi de har en samlet struktur, der gør det nemmere at administrere koden.

4. Lavere latenstid: Monolitiske kerner har lavere latenstid end andre typer kerner, fordi systemopkald og afbrydelser kan håndteres direkte af kernen.

Ulempe:

1. Stabilitetsproblemer: Monolitiske kerner kan være mindre stabile end andre typer kerner, fordi enhver fejl eller sikkerhedssårbarhed i en kernetjeneste kan påvirke hele systemet.

2. Sikkerhedssårbarheder: Da alle operativsystemtjenesterne kører i kernerummet, kan enhver sikkerhedssårbarhed i en af ​​tjenesterne kompromittere hele systemet.

3. Vedligeholdelsesproblemer: Monolitiske kerner kan være sværere at vedligeholde end andre typer kerner, fordi enhver ændring i en af ​​tjenesterne kan påvirke hele systemet.

4. Begrænset modularitet: Monolitiske kerner er mindre modulære end andre typer kerner, fordi alle operativsystemtjenesterne er tæt integreret i kernerummet. Dette gør det sværere at tilføje eller fjerne funktionalitet uden at påvirke hele systemet.
2. Mikrokerne –
Det er kernetyper, som har minimalistisk tilgang. Den har virtuel hukommelse og trådplanlægning. Det er mere stabilt med færre tjenester i kernerummet. Det sætter hvile i brugerrummet.

Det bruges i små OS.

Eksempel:

c program til streng sammenligning

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

Fordele:

1. Pålidelighed: Mikrokernearkitektur er designet til at være mere pålidelig end monolitiske kerner. Da de fleste af operativsystemtjenesterne kører uden for kernerummet, vil enhver fejl eller sikkerhedssårbarhed i en tjeneste ikke påvirke hele systemet.

2. Fleksibilitet : Mikrokernearkitektur er mere fleksibel end monolitiske kerner, fordi den tillader, at forskellige operativsystemtjenester kan tilføjes eller fjernes uden at påvirke hele systemet.

3. Modularitet: Mikrokernearkitektur er mere modulær end monolitiske kerner, fordi hver operativsystemtjeneste kører uafhængigt af de andre. Dette gør det nemmere at vedligeholde og fejlfinde systemet.

4. Portabilitet: Mikrokernearkitektur er mere bærbar end monolitiske kerner, fordi de fleste af operativsystemtjenesterne kører uden for kernerummet. Dette gør det nemmere at portere operativsystemet til forskellige hardwarearkitekturer.

Ulemper:

1. Ydeevne: Mikrokernearkitektur kan være langsommere end monolitiske kerner, fordi den kræver flere kontekstskift mellem brugerrum og kernerum.

2. Kompleksitet: Mikrokernearkitektur kan være mere kompleks end monolitiske kerner, fordi den kræver flere kommunikations- og synkroniseringsmekanismer mellem de forskellige operativsystemtjenester.

3. Udviklingsproblemer: Udvikling af operativsystemer baseret på mikrokernearkitektur kan være vanskeligere end at udvikle monolitiske kerner, fordi det kræver mere opmærksomhed på detaljer i udformningen af ​​kommunikations- og synkroniseringsmekanismerne mellem de forskellige tjenester.

4. Højere ressourceforbrug: Mikrokernearkitektur kan bruge flere systemressourcer, såsom hukommelse og CPU, end monolitiske kerner, fordi det kræver flere kommunikations- og synkroniseringsmekanismer mellem de forskellige operativsystemtjenester.

3. Hybridkerne –
Det er kombinationen af ​​både monolitisk kerne og mikrokerne. Den har hastighed og design af monolitisk kerne og modularitet og stabilitet af mikrokerne.

Eksempel:

Windows NT, Netware, BeOS etc.>

Fordele:

1. Ydeevne: Hybridkerner kan tilbyde bedre ydeevne end mikrokerner, fordi de reducerer antallet af kontekstskift, der kræves mellem brugerrum og kernerum.

2. Pålidelighed: Hybridkerner kan tilbyde bedre pålidelighed end monolitiske kerner, fordi de isolerer drivere og andre kernekomponenter i separate beskyttelsesdomæner.

3. Fleksibilitet: Hybridkerner kan tilbyde bedre fleksibilitet end monolitiske kerner, fordi de tillader forskellige operativsystemtjenester at blive tilføjet eller fjernet uden at påvirke hele systemet.

4. Kompatibilitet: Hybridkerner kan være mere kompatible end mikrokerner, fordi de kan understøtte et bredere udvalg af enhedsdrivere.

hvad er 10 af 60

Ulemper:

1. Kompleksitet: Hybridkerner kan være mere komplekse end monolitiske kerner, fordi de indeholder både monolitiske og mikrokernekomponenter, hvilket kan gøre design og implementering vanskeligere.

2. Sikkerhed: Hybridkerner kan være mindre sikre end mikrokerner, fordi de har en større angrebsoverflade på grund af inklusion af monolitiske komponenter.

3. Vedligeholdelse: Hybridkerner kan være sværere at vedligeholde end mikrokerner, fordi de har et mere komplekst design og implementering.

4. Ressourceforbrug: Hybridkerner kan bruge flere systemressourcer end mikrokerner, fordi de inkluderer både monolitiske og mikrokernekomponenter.

4. Exo Kernel –
Det er den type kerne, der følger ende-til-ende-princippet. Det har færrest hardwareabstraktioner som muligt. Den allokerer fysiske ressourcer til applikationer.

Eksempel:

Nemesis, ExOS etc.>

Fordele:

1. Fleksibilitet: Exokernels tilbyder det højeste niveau af fleksibilitet, hvilket giver udviklere mulighed for at tilpasse og optimere operativsystemet til deres specifikke applikationsbehov.

2. Ydeevne: Exokernels er designet til at give bedre ydeevne end traditionelle kerner, fordi de eliminerer unødvendige abstraktioner og giver applikationer direkte adgang til hardwareressourcer.

3. Sikkerhed: Exokernels giver bedre sikkerhed end traditionelle kerner, fordi de giver mulighed for finkornet kontrol over allokeringen af ​​systemressourcer, såsom hukommelse og CPU-tid.

4. Modularitet: Exokernel er meget modulopbygget, hvilket giver mulighed for nem tilføjelse eller fjernelse af operativsystemtjenester.

Ulemper:

1. Kompleksitet: Exokernels kan være mere komplekse at udvikle end traditionelle kerner, fordi de kræver større opmærksomhed på detaljer og omhyggelig overvejelse af systemressourceallokering.

2. Udviklingssvær: Udvikling af applikationer til exokernels kan være vanskeligere end for traditionelle kerner, fordi applikationer skal skrives for at få direkte adgang til hardwareressourcer.

3. Begrænset support: Exokernels er stadig en ny teknologi og har muligvis ikke samme niveau af support og ressourcer som traditionelle kerner.

4. Fejlretningssvær: Fejlretning af applikationer og operativsystemtjenester på exokernels kan være vanskeligere end på traditionelle kerner på grund af den direkte adgang til hardwareressourcer.

5. Nanokerne –
Det er den type kerne, der tilbyder hardwareabstraktion, men uden systemtjenester. Micro Kernel har heller ikke systemtjenester, derfor er Micro Kernel og Nano Kernel blevet analoge.

Eksempel:

EROS etc.>

Fordele:

1. Lille størrelse: Nanokerner er designet til at være ekstremt små og giver kun de mest essentielle funktioner, der er nødvendige for at køre systemet. Dette kan gøre dem mere effektive og hurtigere end andre kernetyper.

2. Høj modularitet: Nanokerner er meget modulære, hvilket giver mulighed for nem tilføjelse eller fjernelse af operativsystemtjenester, hvilket gør dem mere fleksible og tilpasselige end traditionelle monolitiske kerner.

3. Sikkerhed: Nanokerner giver bedre sikkerhed end traditionelle kerner, fordi de har en mindre angrebsflade og en reduceret risiko for fejl eller fejl i koden.

scanner scan java

4. Portabilitet: Nanokerner er designet til at være yderst bærbare, så de kan køre på en bred vifte af hardwarearkitekturer.

Ulemper:

1. Begrænset funktionalitet: Nanokerner leverer kun de mest essentielle funktioner, hvilket gør dem uegnede til mere komplekse applikationer, der kræver en bredere vifte af tjenester.

2. Kompleksitet: Fordi nanokerner kun giver væsentlig funktionalitet, kan de være mere komplekse at udvikle og vedligeholde end andre kernetyper.

3. Ydeevne: Selvom nanokerner er designet til effektivitet, er deres minimalistiske tilgang muligvis ikke i stand til at levere det samme niveau af ydeevne som andre kernetyper i visse situationer.

4. Kompatibilitet: På grund af deres minimalistiske design er nanokerner muligvis ikke kompatible med alle hardware- og softwarekonfigurationer, hvilket begrænser deres praktiske brug i visse sammenhænge.