Microkernel

Ein Mikrokernel, ist ein Betriebssystemkern, der im Gegensatz zu einem monolithischen Kernel nur grundlegende Funktionen erfüllt wie Speicher- und Prozessverwaltung sowie Grundfunktionen zur Synchronisation und Kommunikation. Alle weiteren Funktionen werden als eigene Prozesse im Benutzer-Modus implementiert.

Vorteile

Separierte Komponenten:

• Einzelne Bestandteile des Betriebssystems können beliebig ausgetauscht werden, ohne dass dadurch andere Teile beeinträchtigt werden
• Absturz einer einzelnen Komponente führt nicht Zusammenbruch des Systems

Treiber im Benutzer-Modus:

• Die Gerätetreiber laufen zusammen mit einem Anwendungsprogramm im Benutzer-Modus
• Die Zugriffsrechte der Treiber können einzeln bestimmt werden
• Gerätetreiber brauchen nicht im Kernel zu sein und sind meist so konzipiert, dass sie auch mit Benutzerrechten ausgeführt werden können
• Zur Treiber-Verwendung genügt es, als normaler Benutzer mit Zugriffsrechten auf die benötigte Hardware angemeldet zu sein
• Es ist keine Änderung von Systemdateien oder ein Neustart des Systems nötig

kleine Trusted Computing Base:

• Der Kernel-Code, dem ein Nutzer vertrauen muss, ist im Vergleich zu monolithischen Betriebssystemen relativ klein und somit einfacher zu verifizieren.

Nachteile

Geschwindigkeit:

• Da das auf dem Mikrokern laufende Betriebssystem aus vielen einzelnen Nutzer-Prozessen besteht, sind wesentlich mehr Kontextwechsel nötig als bei monolithischen Betriebssystemen
• Dadurch ist ein Mikrokern in der Regel langsamer als ein monolithischer

Synchronisation:

• Für die Leistung eines Mikrokern-Systems ist die Synchronisation der vielen Nutzer-Prozesse am wichtigsten
• Die koordinierenden Kernel-Prozesse sind komplex und schwierig zu optimieren.

Hardware-Zugriff:

• Betriebssystemaufrufe, wie physischer I/O-Zugriff, diesen ist direkte Zugriffe auf die Hardware aus Sicherheitsgründen untersagt und benötigen dadurch den Kernel-Modus.
  • Um das zu umgehen, können ausgewählte Module wie der I/O-Treiber im Kernel-Modus betrieben werden.
  • Alternativ kann der Mikrokern um elementare I/O-Funktionen erweitert werden

Beide Lösungen weichen das Mikrokern-Konzept auf.

Bekannte Microkernel

• Mach
  • GNU Mach
• Kernschnittstelle L4, Implementierungen:
  • Fiasco
  • L4Ka: :Pistachio
  • L4Ka: :Hazelnut
• Quark
• KeyKOS, EROS, Coyotos
• Minix
• Nucleus

Betriebssysteme, die auf Mikrokernen aufsetzen

• AmigaOS
• Amoeba
• ChorusOS
• GNU/Hurd
• Google Fuchsia
• Harmony OS
• L4Linux
• Minix
• MkLinux
• MorphOS
• PC/GEOS
• PikeOS
• QNX Neutrino
• SCIOPTA
• Singularity
• Symbian OS
• Symobi
• Tru64 UNIX
• ENEA Ose
• ThreadX