すべてのオペレーティングシステム（Windows、Mac、Linux、Android）には、システム全体の「ボス」として機能するカーネルと呼ばれるコアプログラムがあります。それがOSの心臓部です！カーネルは、他のすべてを制御するコンピュータプログラムに他なりません。コンピューターで発生することはすべてそれを通過します。この投稿では、OSのカーネルとは何か、およびさまざまな種類のカーネルについて説明します。
OSのカーネルとは
OSのコアプログラムであることがわかったので、ブートローダーの後にロードされる最初のプログラムでもあることも知っておく必要があります。次に、ハードウェアとソフトウェアまたはアプリケーションの間のすべての会話を行います。したがって、プログラムを起動すると、ユーザーインターフェイスがカーネルにリクエストを送信します。次に、カーネルはCPU、メモリに要求を送信して、処理能力、メモリなどを割り当て、アプリケーションがフロントエンドでスムーズに実行できるようにします。
カーネルを翻訳者として想像することができます。ソフトウェアからの入出力要求をCPUとGPUの命令セットに変換します。簡単に言えば、それはすべてを可能にするソフトウェアとハードウェアの間の層です。カーネルは以下を管理します。
- CPU / GPU
- 記憶
- 入出力またはIOデバイス
- 資源管理
- メモリ管理
- 端末管理
- システムコール。
ユーザープロセスは、システムコールを使用することによってのみカーネル空間にアクセスできます。プログラムが直接アクセスしようとすると、障害が発生します。
カーネルのセキュリティと保護
カーネルはハードウェアも保護します。保護がない場合、プログラムは、コンピューターのクラッシュ、データの破損など、コンピューター上で任意のタスクを実行できます。
現代のコンピューターでは、セキュリティはハードウェアレベルで実装されています。たとえば、Windowsは、信頼できるソースからのものではなく、署名を使用して認定されたドライバーをロードしません。セキュアブートとトラステッドブートは典型的な例です。
セキュアブート：これは、PC業界のメンバーによって開発されたセキュリティ標準です。システムの起動プロセス中に許可されていないアプリケーションの実行を許可しないことにより、悪意のあるプログラムからシステムを保護するのに役立ちます。この機能により、PCの製造元から信頼されているソフトウェアのみを使用してPCが起動するようになります。そのため、PCが起動するたびに、ファームウェアは、ファームウェアドライバー（オプションROM）やオペレーティングシステムなど、ブートソフトウェアの各部分の署名をチェックします。署名が検証されると、PCが起動し、ファームウェアがオペレーティングシステムを制御します。
トラステッドブート：仮想トラステッドプラットフォームモジュール（VTPM）を使用して、Windows10カーネルをロードする前にデジタル署名を検証します。次に、ブートドライバー、スタートアップファイル、ELAMなど、Windowsスタートアッププロセスの他のすべてのコンポーネントを確認します。ファイルがある程度変更または変更された場合、ブートローダーはそのファイルを検出し、破損したコンポーネントとして認識してロードを拒否します。つまり、起動時にすべての要素に信頼の連鎖を提供します。
カーネルの種類は何ですか
カーネルは、安全な回線でハードウェアと通信することもできます。そのため、企業は一連のボタンを介してハードウェアと通信できるカーネルを開発できます。例として洗濯機を取り上げます。移動するノブと設定する時間に応じて、カーネルの基本レベルで十分です。とはいえ、カーネル自体は時間とともに複雑になり、その結果、カーネルのタイプが発生します。
- モノリシックカーネル：ここでは、OSとカーネルの両方が同じメモリスペースで実行され、セキュリティが重要な問題ではない場合に適しています。アクセスが速くなりますが、デバイスドライバーにバグがあると、システム全体がクラッシュします。
- マイクロカーネル：モノリシックカーネルの簡略版であり、カーネル自体がほとんどの作業を実行でき、追加のGUIは必要ありません。これらは、セキュリティとクラッシュシステムが発生しない、または発生しない場合に使用する必要があります。
- ハイブリッドカーネル：このカーネルは私たちが最もよく目にするものです。Windows、AppleのmacOS。それらは、モノリシックカーネルとマイクロカーネルの組み合わせです。ドライバーを移動しますが、システムサービスをカーネル内に保持します。これは、Windowsが起動プロセスを開始するときにドライバーが読み込まれる方法と同様です。
- Nano Kernel：カーネルが必要であるが、その機能の大部分が外部にセットアップされている場合、これが問題になります。
- Exoカーネル：このカーネルは、プロセス保護とリソース処理のみを提供します。ただし、これは主に、社内プロジェクトをテストしていて、より適切なカーネルタイプにアップグレードする場合に使用されます。
カーネルには、これまでに説明した以上のことがたくさんあります。深く掘り下げると、カーネルの定義はより広く、より深くなります。
投稿がわかりやすく、基本を理解するのに役立つことを願っています。