マイクロカーネル

デジタル大辞泉

マイクロカーネル【microkernel】

読み方：まいくろかーねる

オペレーティングシステムの中核部であるカーネルに、特に汎用性の高い基本機能だけをもたせて小型化したもの。

IT用語辞典バイナリ

マイクロカーネル

【英】microkernel

マイクロカーネルとは、OSの中核部分であるソフトウェア群（カーネル）に必要最小限の機能だけを搭載することで、小型化と処理の高速化を図る手法のことである。あるいは、そのように設計されたカーネルのこともマイクロカーネルと呼ぶ。

通常のカーネルには備わっている機能は、独立した外部モジュールとして切り離されている。マイクロカーネル自体は、メモリー管理や割り込み要求、プロセス間交信など、汎用性の高い機能だけを備える。この構造がカーネル内部の処理の並列化を実現し、処理能率を向上している。同時に小型化も実現される。

マイクロカーネルの概念を取り入れた製品としては、カーネギーメロン大学が開発したMach（マーク）オペレーティングシステムなどが代表的である。Windows NTやWindows 2000の内部にもマイクロ カーネルの技術が取り入れられており、HAL（Hardware Abstraction Layer）と呼ばれるハードウェア依存部分が独立した形をとっている。

マイクロカーネルでは、外部機能はモジュール（プログラム部品）として外部に用意される。カーネルに出された処理要求の多くは、カーネル内部から外部モジュールを呼び出して行われることになる。モジュール化されることで、機能は整理しやすくなり、追加や移植が容易になるメリットがある。ただし、純粋なマイクロカーネルの構造にしてしまうと、サブシステム間での通信や、サブシステムとコアOSとの間でのスイッチにかかるオーバーヘッドが大きくなり、実用的でなくなる。そのためWindows 2000では、HALと各サブシステムとの間にExecutive（エグゼクティブ）と呼ばれる中間層を設け、ここにネットワークやグラフィックスの機能を組み込むことで、オーバーヘッドを低減させるようにしている。

マイクロカーナルに対して、従来のカーネルにおける（カーネルに様々な機能を実装していく）手法がは、モノリシックカーネルと呼ばれる。モノリシックカーネルを採用している代表的なOSとしてはLinuxがある。

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マイクロカーネル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/10/12 01:55 UTC 版)

マイクロカーネル（英: microkernel）とはオペレーティングシステム (OS) の設計思想、及びそのようなOSのカーネル部の名称である。OSが担う各種機能のうち、必要最小限のみをカーネル空間に残し、残りをユーザーレベルに移すことで全体の設計が簡素化でき、結果的にカスタマイズ性が向上し、性能も向上できるというOSの設計手法のことである。カーネル本体が小規模な機能に限定されるので「マイクロカーネル」と呼ばれるが、必ずしも小さなOSを構成するとは限らない。

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マイクロカーネル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/09/16 14:38 UTC 版)

「カーネル」の記事における「マイクロカーネル」の解説

詳細は「マイクロカーネル」を参照 マイクロカーネルとは、伝統的な「カーネル」から「サーバ」群に機能を移転するOS設計方針を意味し、最小化したカーネルだけをカーネル空間に残し、サーバ群を可能な限りユーザ空間で動作させる。マイクロカーネルでは、ハードウェアの単純な抽象化と最小のプリミティブ（システムコール）で最小のOSサービスを実装する（メモリ管理、マルチタスク、プロセス間通信など）。他の全てのサービス（ネットワークなど）は「サーバ」としてユーザ空間に実装される。マイクロカーネルはモノリシックカーネルよりも保守が容易だが、システムコール回数やコンテキストスイッチ回数が増大するために性能が低下する傾向がある。 どうしても特権モードでなければならない部分だけがカーネル空間に置かれる。それは、IPC（プロセス間通信）、基本スケジューラ（スケジューリング・プリミティブ）、基本メモリハンドラ、基本I/Oプリミティブなどである。スケジューラ本体やメモリ管理、ファイルシステム、ネットワークスタックといった大部分はユーザ空間で動作する。マイクロカーネルは、システム機能全体がプロセッサのシステムモードで動作する1つのプログラムになっているモノリシックカーネルの設計方針への反発から生まれた。マイクロカーネルを採用したOSとしては、QNXや GNU Hurd がある。マイクロカーネルは基本的に次のような長所を持つ。 保守は相対的に容易である。 パッチの評価が容易である。 すばやく開発でき、多くの場合カーネルを再起動しなくとも評価可能。 サーバで障害が発生しても、運用上のミラーで代行可能なことが多く、バグへの耐性が高い。 多くのマイクロカーネルは、何らかのメッセージパッシングシステムを採用しており、サーバからサーバへの要求の転送を行う。一般にマイクロカーネルがそのためのポートを用意している。例えばメモリ追加要求を送ると、マイクロカーネルのあるポートが開き、そこを通して要求が転送される。マイクロカーネルにメッセージが受信されると、その後はシステムコールのように処理される。これによってシステムアーキテクチャのモジュール性が高まり、システムがより整理され、デバッグや動的変更が容易になり、ユーザーのニーズに従ったカスタマイズが可能となる。AIX、BeOS、Hurd、macOS、MINIX、QNX といったOSは多かれ少なかれマイクロカーネルの設計方針を取り入れている。マイクロカーネル自体は非常に小さいが、システム機能全体を構成するコードを全て集めると、モノリシックカーネルよりも大きいことが多い。モノリシックカーネル支持派はまた、マイクロカーネル方式の2層構造によりOSの大部分がハードウェアと直接相互作用できなくなるため、決して小さくないコストが上乗せされ、システムの効率を低下させると主張している。マイクロカーネルは通常、アドレス空間定義部、プロセス間通信 (IPC)、プロセス管理といった最小限のサービスだけを提供する。ハードウェア処理といった他の機能はマイクロカーネルで直接扱うことはない。マイクロカーネル支持派は、モノリシックカーネルでのエラー（バグ）がシステム全体のクラッシュを引き起こすという欠点を指摘する。しかしマイクロカーネルでは、サーバがクラッシュしてもそのサービスを再起動することでシステム全体のクラッシュを防ぐ可能性がある。しかし、現にLinuxなどのモノリシックカーネルは年単位で安定動作している実績があり、このようなマイクロカーネルの利点がどれほど重要かは疑わしい。 ネットワーキングなどのカーネルサービスは「サーバ」と呼ばれるユーザ空間のプログラムとして実装される。サーバを停止・再起動するだけでOSを更新可能である。例えばネットワークをサポートしていないマシンで、ネットワークサーバは起動する必要がない。サーバ群やカーネルの間でデータをやり取りする作業があるため、モノリシックカーネルにはないオーバヘッドが生じ、効率が低下する。 マイクロカーネルの短所は例えば次のようなものがある。 全体としてメモリをより多く使用する。 インタフェースを持つソフトウェアの数が多く、性能低下の可能性がある。 サーバ群とカーネル間のメッセージングにバグがあると、検出が困難である。 プロセス管理は一般に非常に複雑になりうる。 使用状況によってはマイクロカーネルは不利になる。単一用途のシステムでは動作するプロセス数が小さいため、マイクロカーネルがよく機能し、プロセス管理の複雑さもあまり問題にならない。 マイクロカーネル方式では、OSの他の部分を通常のアプリケーションのように高水準言語で書くことができ、同一のカーネル上で異なるOS（のインタフェース）を使用することもできる。また動的にOSを切り換えたり、複数のOSを同時に使用することもできる。

マイクロカーネル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2016/06/27 14:01 UTC 版)

「JavaOS」の記事における「マイクロカーネル」の解説

システムはハードウェアアーキテクチャネイティブなマイクロカーネルをベースとしている。 以下が、カーネルを実行できるプラットフォームである。 ARM PowerPC RISC SPARC StrongARM x86