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この項目では、コンピュータ用語について説明しています。その他の用法については「カーネル (曖昧さ回避)」をご覧ください。
カーネルはアプリケーションソフトウェアとコンピュータのハードウェアを結び付ける。

カーネル（英: kernel）は、階層型に設計されたオペレーティングシステム (OS) の中核となる部分で、アプリケーションとハードウェアの架け橋である。具体的には、システムのリソースや、ハードウェアとソフトウェアの連携を管理する[1]。そのほか、通信制御を行うことが多い。

オペレーティングシステムの基本コンポーネントとして、カーネルはメモリ、CPU、入出力を中心としたハードウェアを抽象化し、ハードウェアとソフトウェアがやり取りできるようにする。また、ユーザープログラムのための機能として、プロセスの抽象化、プロセス間通信、システムコールなどを提供する。

これらのタスクはカーネルによって方式が異なり、設計や実装も異なる。モノリシックカーネルは全てを一つの仮想アドレス空間に格納されたコードで実行して性能を向上させようとする。マイクロカーネルはサービスの大部分をユーザー空間で実行し、コードの保守性とモジュール性を向上させようとする[2][3]。多くのカーネルはこの二つのカテゴリのいずれか、あるいは中間である。
概要

全てではないが、多くのオペレーティングシステム (OS) はカーネルを内包する。ハードウェアとソフトウェアの間の通信を管理するソフトウェアとしてのカーネルは、性能、メモリ効率、セキュリティ、プロセッサのアーキテクチャなどが複雑に絡んだ問題への妥協的解答である。

多くの場合、ブートローダーがカーネルを特権モードのプロセスとして起動する[注釈 1]。しかし、初期化が完了すると、カーネルはいわゆるプロセスとしては存在せず、ディスクアクセスなどの高い特権レベルを必要とする処理を必要としたときにユーザプログラムから呼び出される機能の集合体として存在することになる。カーネルの処理の流れはユーザープロセスの処理の流れの延長上にあり、システムコールによってカーネルに処理がわたり、終了するとユーザーに戻っていく。初期化時のコンテキストはそのまま消えるようにする設計もあるが、「アイドルプロセス」とか「collects」と呼ばれる、プロセッサが何もすることがないときに実行されるコードに流用される設計とすることもある。省電力のため、プロセッサが「休む」ような命令を繰り返すようなコードとすることも多い。

カーネル開発はプログラミングの中でも複雑で難しいタスクのひとつと考えられる。オペレーティングシステムの中核部であるということは、高い性能を要求される最重要なソフトウェアであり、正しく設計し実装することは難しい。カーネルはユーザプログラムの互換性や移植性を考慮する必要などから、設計が制限されることがあり、そのことがさらに開発を難しくしている。
カーネルの機能

カーネルの仕事はコンピュータのリソースを管理し、他のプログラムがそれらのリソースを使って動作できるようにすることである[1]。典型的なリソースとしては以下のものがある。

CPU（プロセッサ）。コンピュータの中心となる部分で、プログラムの実行を分担する。カーネルは、多数のプログラムの中からプロセッサ（群）を割り当てるべきものを選択する。基本的にプロセッサは一度に1つのプロセスしか実行できない（複数実行できる場合、カーネルは複数のプロセッサとして認識する）。

メモリ。メモリにはプログラムとデータの両方が格納される[4][注釈 2]。一般にプログラムを実行するには、プログラムとデータの両方がメモリ上になければならない。複数のプログラムがメモリへのアクセスを要求すると、実際に搭載している以上のメモリが必要とされる場合がある。カーネルは各プロセスにメモリを割り当て、全体としてメモリが不足した場合の対処を決定する。

コンピュータには何らかの入出力デバイスがある（キーボード、HDD、USBなど）。カーネルはアプリケーションから入出力要求を受け付け、適切なデバイス（あるいはデバイスの一部、たとえばファイルやウィンドウなど）に対して入出力を実行し、デバイスを使用するための便利な方法を提供する（一般に、アプリケーションがデバイスの実装の詳細を知らなくてもすむように抽象化する）[注釈 3]。

リソース管理に必要な重要な観点は、実行領域（アドレス空間）の定義とその領域内のリソースへのアクセスを調停する保護機構である[1]。

また、カーネルは一般にプロセス同士の同期と通信の手段も提供しており、プロセス間通信 (IPC) と呼ぶ。

カーネルは自前でそれらの機能を実装していることもあるし、何らかのプロセスに委任していることもあるが、後者の場合はプロセス間で機能へのアクセスを可能にするIPCを提供する必要がある。

最後に、カーネルはそれら機能群へのアクセスを要求する手段をプログラムに提供しなければならない。
プロセス管理詳細は「プロセス管理」を参照

カーネルの主な仕事はアプリケーションの実行を許可し、ハードウェア抽象化などの機能によってそれをサポートすることである。

プロセスは、アプリケーションがアクセスできるメモリの範囲を定義する[5]。カーネルのプロセス管理は、ハードウェアの持つメモリ保護機構を考慮しなければならない[6]。

カーネルはアプリケーションを実行するためアドレス空間を設定し、アプリケーションのコードを含むファイルをメモリにロードし、プログラムのためのコールスタックを設定し、そのプログラムの所定の位置に制御をわたすことで実行を開始する[7]。

マルチタスク可能なカーネルは、ユーザーから見て実際にそのコンピュータが同時実行できるプロセス数よりも、多数のプロセスが同時並行して実行されているかのようにみせかける。一般にシステムが同時並行して実行できるプロセス数は、そのシステムの持つCPU数に等しい（同時マルチスレッディングをサポートしている場合はそのかぎりではない）。

プリエンプティブ・マルチタスクシステムでは、カーネルは各プログラムにタイムスライス（そのプログラムがCPU上で実行される連続時間）を与え、プロセスからプロセスへと高速に切り換えていくので、ユーザーから見ればそれらのプロセスが同時並行して実行されているように見えるのである。カーネルは次に実行すべきプロセスを決定し、タイムスライスの長さを決定するスケジューリングアルゴリズムを持つ。一般にプロセスには優先度が設定される。カーネルはそれらのプロセス間の通信手段も提供する。これはプロセス間通信 (IPC) と呼ばれ、パイプ、共有メモリ、メッセージ、RPC、ソフトウェア割り込みなどがある。