OSのカーネルとは

最終更新日 2019年10月11日

OSの中核部分でありソフトウェアとハードウェアをつなぐ

カーネルとはOSの中核部分となるもので、ソフトウェアとハードウェアそれぞれの動作を繋ぐための部分でもあります。簡単に説明するとカーネルはソフトウェアとハードウェアが連携するために必要なもので、ソフトウェアとハードウェアとの間でのやり取りを管理しているものです。

カーネルは、様々なハードウェアが搭載されているコンピューターやソフトウェアを動作させる中心の部分になっていて、その他にもハードウェアのドライバやサービスなどの様々なプログラムが一斉に動作することで、ひとつのOSやコンピューターとして成り立っています。

一部のOSは、ユーザーなどがカーネルへ直接アクセスすることはできないようになっているので、このような場合にはシェルという別のプログラムを経由してカーネルへアクセスすることになります。

カーネルの役割となるのはコンピューターに搭載されているリソースの管理や、リソースを使って様々なソフトウェアを動作させることなどです。CPU やメモリなどの様々なハードウェアのリソースを管理して、ソフトウェアが適切に動作するように最適化するという役割があります。

リソースの管理が上手く動作していないとソフトウェア自体は動作しますが、効率的に動作させることができないのでリソースの管理がうまく行えずに、コンピューターの性能を活かしきれなかったりリソースを余らせてしまうという不具合が起こります。

またOS上でソフトウェアを動作させる場合については、ソフトウェアが直接ハードウェアに命令を与えているわけではなく、代わりにカーネルがハードウェアに対して命令を与えているという仕組みです。

カーネルは、ソフトウェアに代わってソフトウェアとハードウェアとの間での様々なやり取りを行っています。ハードウェアに命令を与えるという処理を各ソフトウェアがそれぞれで行うと、とても複雑な処理になるのでソフトウェアに代わってハードウェアとのやり取りを行います。

また入力デバイスからの入力を受け付けてソフトウェアに対して、適切な情報を表示するという処理を行うことも可能です。USB 接続のキーボードやポインティングデバイスから受け取った値を、ファイルやウィンドウなどに対して情報や値を入力します。

リソースの管理については CPU で利用できるリソースやコアなどの管理や、メモリの容量の管理など、様々なハードウェアの管理を行っています。CPU に複数のコアが搭載されていてマルチコアに対応しているモデルの場合には、マルチタスクによるプログラムやソフトウェアの実行なども行うことが可能です。

カーネルの種類

カーネルにはいくつかの種類があり種類ごとにソフトウェアとハードウェアとの間でのデータをやり取りする方法なども異なります。主な種類にはモノリシックとマイクロの2種類があり、それぞれの種類ごとにメリットやデメリットなどがあります。

モノリシックはスレッド上で処理を実行するという仕組みになっていて、強力なハードウェアアクセスが利用できるという利点なども多いです。モノリシックでは処理の実行に関わる仕組みが簡単で処理を担当するソフトウェアも少ないので、とても速い速度で処理が実行できるという特徴があります。必要になるコードの量も少なくて済むのでセキュリティ上での問題がなく、安全に使うことが可能となっています。

マイクロでは最小限の機能や処理だけを実行させて、その他のデバイスドライブや GUI などの機能は別のプログラムを使うという仕組みです。万が一処理を実行中に不具合などが発生したとしても、ミラーから代用することが可能となっています。

しかし、マイクロの場合にはデメリットとしてモノリシックと比べて、リソースの管理があまり上手くないのでメモリの使用量が多めで、リソースの管理も複雑となっているのでコンピューターの性能が低下してしまう可能性もあります。マイクロは用途に合わせてカスタマイズしやすいように拡張性が高くなっていて、従来のものよりも搭載している機能なども少ないです。

種類や形式ごとにプロセス管理やリソース管理の方法が異なるので、それぞれにメリットとデメリットがあり特徴などもあります。コンピューターにインストールされているOSの種類によっても、採用されている種類や形式などが異なることも多いです。

カーネルに関するまとめ

まとめるとカーネルはOSの中心となっている部分で、主な役割はソフトウェアとハードウェア間でのデータのやり取りや情報のやり取りなどです。その他にもソフトウェアを動作させる際のコンピューターに搭載されている CPU やメモリなどのハードウェアのリソースの管理などの役割も担っている部分です。

ソフトウェアとハードウェアの架け橋となっているので、コンピューター上で様々なソフトウェアを動作させるためには必須となるプログラムとなっています。またモノリシックやマイクロなどの様々な種類があり、モノリシックではとても速い速度で処理が実行できたり、マイクロではカスタマイズ性が高いなどの特徴やメリットなどがあります。


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