3.1 Linux 内核 vs Windows 内核

什么是内核呢?

计算机是由各种外部硬件设备组成的，比如内存、cpu、硬盘等，如果每个应用都要和这些硬件设备对接通信协议，那这样太累了，所以这个中间人就由内核来负责，让内核作为应用连接硬件设备的桥梁，应用程序只需关心与内核交互，不用关心硬件的细节。

内核有哪些能力呢?

现代操作系统，内核一般会提供4个基本能力:

• 管理进程、线程，决定哪个进程、线程使用 CPU，也就是进程调度的能力;
• 管理内存，决定内存的分配和回收，也就是内存管理的能力;
• 管理硬件设备，为进程与硬件设备之间提供通信能力，也就是硬件通信能力;
• 提供系统调用，如果应用程序要运行更高权限运行的服务，那么就需要有系统调用，它是用户程序与操作系统之间的接口。

内核是怎么工作的?

内核具有很高的权限，可以控制cpu、内存、硬盘等硬件，而应用程序具有的权限很小，因此大多数操作系统，把内存分成了两个区域:

• 内核空间，这个内存空间只有内核程序可以访问;
• 用户空间，这个内存空间专门给应用程序使用; 用户空间的代码只能访问一个局部的内存空间，而内核空间的代码可以访问所有内存空间。因此，当程序使用用户空间时，我们常说该程序在用户态执行，而当程序使内核空间时，程序则在内核态执行。

应用程序如果需要进入内核空间，就需要通过系统调用，下面来看看系统调用的过程:

内核程序执行在内核态，用户程序执行在用户态。当应用程序使用系统调用时，会产生一个中断。发生中断后，CPU 会中断当前在执行的用户程序，转而跳转到中断处理程序，也就是开始执行内核程序。内核处理完后，主动触发中断，把CPU执行权限交回给用户程序，回到用户态继续工作。

总结

对于内核的架构一般有这三种类型：

• 宏内核，包含多个模块，整个内核像一个完整的程序；
• 微内核，有一个最小版本的内核，一些模块和服务则由用户态管理；
• 混合内核，是宏内核和微内核的结合体，内核中抽象出了微内核的概念，也就是内核中会有一个小型的内核，其他模块就在这个基础上搭建，整个内核是个完整的程序；

Linux 的内核设计是采用了宏内核，Window 的内核设计则是采用了混合内核，华为的鸿蒙操作系统的内核架构就是微内核。

这两个操作系统的可执行文件格式也不一样，Linux 可执行文件格式叫作 ELF，Windows 可执行文件格式叫作 PE。