一、内核

内核的概念

计算机是由各种外部硬件设备组成的，比如CPU、内存等硬件设备。内核作为应用连接硬件的桥梁。

内核的基本功能

• 进程调度：管理进程、线程，决定哪个线程使用CPU
• 内存管理：管理内存的分配与回收
• 硬件通信：为进程与硬件设备提供通信
• 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

内核的工作过程

内存分区

• 内核空间：只有内核程序可以访问
• 用户空间：专门给应用程序使用后

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。

系统调用

应用程序如果需要进⼊内核空间，就需要通过系统调用。

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。

内核的架构

• 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。

二、Linux内核

多任务（MutiTask）

代表Linux是一个多任务的操作系统

• 对于单核CPU时，可以让任务执行一小段时间，时间一到就切换到另一个任务。从宏观角度来说，一段时间执行了多个任务，这被称为并发。
• 对于多核CPU时，多个任务可以同时被不同的核心的CPU同时执行，这被称为并行。

对称多处理（SMP）

代表着每个 CPU 的地位是相等的，对资源的使用权限也是相同的，多个 CPU 共享同⼀个内存，每个 CPU 都可以访问完整的内存和硬件资源。 这个特点决定了 Linux 操作系统不会有某个 CPU 单独服务应用程序或内核程序，而是每个程序都可以被分配到任意⼀个 CPU 上被执行，

可执行文件链接格式（ELF）

它是Linux操作系统中可执行文件的存储格式。

宏内核（Monolithic Kernel）

• Linux 内核架构就是宏内核，意味着 Linux 的内核是⼀个完整的可执行程序，且拥有最高的权限。
• 宏内核的特征是系统内核的所有模块，比如进程调度、内存管理、⽂件系统、设备驱动等，都运行在内核态。
• Linux 也实现了动态加载内核模块的功能，例如⼤部分设备驱动是以可加载模块的形式存在的，与内 核其他模块解藕，让驱动开发和驱动加载更为方便、灵活。

三、Windows内核

Windows 和 Linux ⼀样，同样⽀持 MutiTask 和 SMP，但不同的是，Window 的内核设计是混合型内核，Windows 的可执行文件的格式与 Linux 也不同，所以这两个系统的可执行文件是不可以在对方上运行的。 Windows 的可执行文件格式叫 PE，称为可移植执行⽂件，扩展名通常是 .exe 、.dll 、 .sys 等。