三、操作系统结构
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2025-11-05
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。
