O que é kernel? Veja como funciona o núcleo de sistemas operacionais

O kernel é o núcleo de um sistema operacional, atuando como a camada essencial entre o hardware do computador e os softwares executados nele. Ele gerencia os recursos essenciais da máquina, como CPU, memória e dispositivos conectados.

O funcionamento do kernel se baseia em gerenciar as solicitações dos programas, decidindo qual processo tem acesso aos recursos em determinado momento. O núcleo garante a segurança e estabilidade do sistema, impedindo que um programa interfira em outro ou no próprio hardware.

Existem diferentes tipos de kernel, como o monolítico, usado no Linux, onde todos os serviços rodam no espaço do kernel. Já o modelo híbrido, usado pelo Windows, executa a maioria dos serviços fora do espaço do usuário, buscando maior segurança e modularidade.

A seguir, entenda melhor o papel do Kernel em um computador, suas funções e funcionamento.

O que é kernel?

Kernel é o “cérebro” do sistema operacional, responsável por facilitar a comunicação entre o software e o hardware de um computador. Ele gerencia os recursos da máquina, como processador e memória, além de executar os programas e se conectar com os periféricos.

O que significa kernel?

A palavra “Kernel” em alemão significa “núcleo” ou “semente”. Ou seja, o elemento que ocupa a posição central na composição de uma estrutura.

Para que serve o kernel?

O kernel cumpre diferentes funções em um sistema operacional. As três principais são:

• Gerenciamento de recursos: controla e distribui o uso do processador, tempo, arquivos e outros recursos do sistema entre todos os programas em execução. Garante que eles compartilhem o computador de forma eficiente;
• Gestão de memória: aloca e protege a memória RAM usada pelos programas. Evita que um programa acesse ou corrompa a memória de outro, garantindo a estabilidade do sistema;
• Gerenciamento de dispositivos: permite que os programas interajam com o hardware do computador (disco, teclado, rede). Usa drivers para se comunicar com os dispositivos e gerenciar seu acesso.

Como funciona o kernel?

O funcionamento do Kernel pode ser separado em 5 etapas:

1. Inicialização e bootloader: o bootloader do sistema operacional, carregado pelo firmware da placa-mãe do computador, localiza o dispositivo, transfere o controle para o kernel e o carrega na memória RAM da máquina;
2. Carga e modo kernel: o kernel é carregado na RAM e inicializado, configurando o hardware essencial e entrando em modo kernel para operar com privilégios totais;
3. Espaço do usuário: após a inicialização básica, o kernel inicia o primeiro processo em modo usuário, que por sua vez roda serviços essenciais para o sistema;
4. Interação e shell: o programa shell é iniciado em modo usuário, atuando como interface de linha de comando ou base para interfaces gráficas, permitindo a interação do usuário;
5. Execução de aplicativos: ferramentas e aplicativos rodam em modo usuário, usando chamadas de sistema para solicitar ao kernel acesso a recursos de hardware e executar tarefas em modo kernel.

É importante dizer que algumas etapas do funcionamento podem ocorrer de forma diferente conforme o tipo de kernel. Por exemplo, o kernel monolítico não diferencia o espaço do kernel e do usuário.

Onde está localizado o kernel?

O kernel do sistema operacional reside na memória RAM do computador enquanto está em execução. Embora inicialmente fique armazenado em disco (HD/SSD), ele é carregado para a RAM pelo bootloader ao iniciar a máquina para garantir acesso rápido aos dados.

Quais são os tipos de kernel existentes?

Existem cinco tipos de kernel, cada um com características próprias e diferentes aplicações:

• Kernel monolítico: toda a funcionalidade do sistema (gerenciamento de processos, memória, drivers) está em um único espaço de memória. Oferece alto desempenho, mas a falha em um componente pode afetar todo o sistema. Exemplos: Linux (base do sistema operacional Android), BSD, Unix;
• Microkernel: possui apenas as funções essenciais no núcleo (gerenciamento básico de processos e comunicação interprocessos). Outros serviços, como drivers e sistemas de arquivos, rodam como processos separados no modo usuário, aumentando a estabilidade. Exemplos: Mach, L4, Minix;
• Kernel híbrido: combina características dos kernels monolítico e microkernel. Mantém algumas funções em modo kernel para desempenho, como o monolítico, e executa outras como serviços em modo usuário para modularidade e estabilidade, como o microkernel. Exemplos: sistema Microsoft Windows (arquitetura NT), macOS;
• Exokernel: delega a maior parte do gerenciamento de hardware para as aplicações, oferecendo apenas controle de baixo nível e proteção. O objetivo é permitir que as aplicações gerenciem os recursos de forma mais eficiente e personalizada. Exemplos: Aegis (pesquisa do MIT), Nemesis, ExOS;
• Nano Kernel: um termo menos comum, usado para descrever um microkernel extremamente minimalista, com quase nenhuma função além do gerenciamento de interrupções e threads muito básicos. A abstração de hardware é mínima ou inexistente, sendo considerado uma arquitetura específica de sistemas embarcados minimalistas.

Qual é o tipo mais comum de kernel?

O kernel monolítico é o modelo mais comum, devido à simplicidade ao executar todos os serviços do sistema operacional em um único espaço de memória para otimizar o desempenho. Essa arquitetura é usada em SOs que adotam o kernel Linux ou Unix.

Todo sistema operacional tem kernel?

Sim, todos os sistemas operacionais possuem kernel. Sem o núcleo principal para gerenciar a comunicação entre o hardware e o software, seria necessário escrever códigos personalizados para interação e o uso dos SOs seriam menos eficientes e mais suscetíveis a erros.

Consigo saber o kernel do meu sistema operacional?

Sim, alguns sistemas operacionais oferecem atalhos que permitem ver as informações do kernel:

• Windows: use a janela Executar (Windows+R), digite “msinfo32” (sem aspas) e pressione “Enter”. Procure a informação do kernel nas especificações do sistema;
• Linux/macOS: abra o Terminal e execute o comando “uname -r” (sem aspas). Ele exibirá a versão do kernel;
• Android: vá em “Configurações”, acesse o menu “Sobre o telefone” e selecione “Informações de software” para ver a versão do kernel do dispositivo;
• iOS (iPhone): não há uma opção nativa para ver o kernel no iPhone. A informação só é acessível via jailbreak, uma modificação não oficial do sistema da Apple.

Qual é a diferença entre kernel e sistema operacional?

Kernel é a parte central do sistema operacional, atuando como a camada que gerencia a comunicação entre hardware e software. Ele cuida do processamento, memória e periféricos, sendo invisível para a maioria dos usuários, mas fundamental para o uso da máquina.

O sistema operacional é o software que gerencia todos os recursos do computador, incluindo o kernel. Ele define o comportamento do sistema operacional na totalidade, fornecendo a interface para o usuário, gerenciando arquivos e processos, executando os programas e permitindo a interação com o hardware de forma mais simples.

Qual é a diferença entre kernel e shell?

Kernel é o componente central de um sistema operacional, gerenciando os recursos e fornecendo serviço para outros programas em execução. Ele atua como uma ponte entre o usuário e os recursos do hardware, gerenciando a memória e os drivers do dispositivo.

O shell é a interface que permite ao usuário interagir com o sistema operacional. Ele pode ser uma interface de linha de comando (CLI) ou gráfica (GUI), que recebe os comandos ou ações do usuário e os traduz para que o Kernel possa entender e executar.