El cache kernel [34] es un sistema que propone que el kernel del sistema sea básicamente una cache de los recursos empleados por las aplicaciones. De este modo, son las aplicaciones las que poseen los recursos físicos (aunque de modo virtualizado) y dentro del núcleo se mantienen sólo aquellos recursos más empleados. En la práctica, el cache kernel es un sistema similar al exokernel que discutimos a continuación.
Los objetos de los que hace caching el Cache Kernel son espacios de direcciones y threads. El mecanismo de intercomunicación de procesos empleado se basa en la implementación de los espacios de direcciones. Básicamente se extiende el concepto de traducción de direcciones para que incluya opcionalmente un thread que deberá manejar mensajes relacionados con dicha dirección. Los clientes pueden señalar dicha dirección y el thread que lo sirve será notificado. La transferencia de datos entre clientes y servidores se implementa con ayuda del gestor de memoria virtual.