Was ist der Linux-Kernel?

Der Linux®-Kernel ist die Hauptkomponente eines Linux-Betriebssystems (OS) und ist die zentrale Schnittstelle zwischen der Hardware eines Computers und seinen Prozessen. Er kommuniziert zwischen den beiden und verwaltet die Ressourcen so effizient wie möglich.

Der Kernel heißt so, weil er – wie ein Samenkorn in einer harten Schale – innerhalb des Betriebssystems existiert und alle wichtigen Funktionen der Hardware steuert, egal ob es sich um ein Telefon, einen Laptop, einen Server oder eine andere Art von Computer handelt.

Was der Kernel tut

Der Kernel hat 4 Aufgaben:

1. Speicherverwaltung: Behalten Sie den Überblick, wie viel Speicher für was und wo verwendet wird
2. Prozessverwaltung: Bestimmen, welche Prozesse die Zentraleinheit (CPU) nutzen können, wann und wie lange
3. Gerätetreiber: Agieren als Vermittler/Dolmetscher zwischen der Hardware und den Prozessen
4. Systemaufrufe und Sicherheit: Empfangen Dienstanfragen von den Prozessen

Der Kernel ist, wenn er richtig implementiert ist, für den Benutzer unsichtbar und arbeitet in seiner eigenen kleinen Welt, die als Kernel Space bekannt ist, wo er Speicher zuweist und den Überblick darüber behält, wo alles gespeichert ist. Was der Benutzer sieht – wie Webbrowser und Dateien – ist als Benutzerbereich bekannt. Diese Anwendungen interagieren mit dem Kernel über eine Systemaufrufschnittstelle (SCI).

Stellen Sie sich das so vor. Der Kernel ist ein fleißiger persönlicher Assistent für eine mächtige Führungskraft (die Hardware). Es ist die Aufgabe des Assistenten, Nachrichten und Anfragen (Prozesse) von Mitarbeitern und der Öffentlichkeit (Benutzer) an die Exekutive weiterzuleiten, sich zu merken, was wo gespeichert ist (Speicher), und zu bestimmen, wer zu einem bestimmten Zeitpunkt und für wie lange Zugriff auf die Exekutive hat.

Wo der Kernel innerhalb des Betriebssystems sitzt

Um den Kernel in einen Kontext zu bringen, können Sie sich einen Linux-Rechner so vorstellen, dass er 3 Schichten hat:

1. Die Hardware: Die physische Maschine – die Unterseite oder Basis des Systems, bestehend aus Speicher (RAM) und dem Prozessor oder der Zentraleinheit (CPU) sowie Ein-/Ausgabegeräten (I/O) wie Speicher, Netzwerk und Grafik. Die CPU führt Berechnungen durch und liest aus dem Speicher und schreibt in den Speicher.
2. Der Linux-Kernel: Der Kern des Betriebssystems. Es ist eine Software, die sich im Speicher befindet und der CPU sagt, was zu tun ist.
3. Benutzerprozesse: Dies sind die laufenden Programme, die der Kernel verwaltet. Benutzerprozesse sind das, was zusammen den Benutzerbereich ausmacht. Benutzerprozesse werden auch einfach als Prozesse bezeichnet. Der Kernel ermöglicht es diesen Prozessen und Servern auch, miteinander zu kommunizieren (bekannt als Interprozesskommunikation oder IPC).

Der vom System ausgeführte Code läuft auf CPUs in einem von 2 Modi: Kernelmodus oder Benutzermodus. Code, der im Kernel-Modus läuft, hat uneingeschränkten Zugriff auf die Hardware, während der Benutzermodus den Zugriff auf die CPU und den Speicher auf den SCI beschränkt. Eine ähnliche Trennung besteht für den Speicher (Kernel-Space und User-Space). Diese beiden kleinen Details bilden die Grundlage für einige komplizierte Operationen wie die Privilegientrennung für die Sicherheit, das Erstellen von Containern und virtuellen Maschinen.

Das bedeutet auch, dass, wenn ein Prozess im Benutzermodus ausfällt, der Schaden begrenzt ist und vom Kernel wiederhergestellt werden kann. Allerdings kann ein Absturz eines Kernelprozesses aufgrund seines Zugriffs auf den Speicher und den Prozessor das gesamte System zum Absturz bringen. Da es Sicherheitsvorkehrungen gibt und Berechtigungen erforderlich sind, um Grenzen zu überschreiten, können Abstürze von Benutzerprozessen normalerweise nicht allzu viele Probleme verursachen.

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