用户态内核态

          我们知道现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对32位操作系统而言，它的寻址空间（虚拟存储空间）为4G（2的32次方）。操心系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核，保证内核的安全，操心系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。针对linux操作系统而言，将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为内核空间，而将较低的3G字节（从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间 。

寻址空间

寻址空间一般指的是CPU对于内存寻址的能力。通俗地说，就是能最多用到多少内存的一个问题。数据在存储器(RAM)中存放是有规律的 ，CPU在运算的时候需要把数据提取出来就需要知道数据存放在哪里 ，这时候就需要挨家挨户的找，这就叫做寻址，但如果地址太多超出了CPU的能力范围，CPU就无法找到数据了。 CPU最大能查找多大范围的地址叫做寻址能力 ，CPU的寻址能力以字节为单位 ，如32位寻址的CPU可以寻址2的32次方大小的地址也就是4G，这也是为什么32位的CPU最大能搭配4G内存的原因 ，再多的话CPU就找不到了。

 

（1） 内核空间中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟空间中。

（2） Linux使用两级保护机制：0级供内核使用，3级供用户程序使用。

 

内核态与用户态：

（1）当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，称进程处于内核运行态（内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。


（2）当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时，此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。

 

操作系统和内核

操作系统（英语：Operating System，缩写：OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

 

对我们来说，操作系统最直观的感受就是桌面系统，以及上层的应用程序，而后面的资源处理等等就是操作系统背后的黑盒。

读者朋友们现在阅读我的这篇文章，是在浏览器，或者某个应用程序上进行的。而一个应用程序是要运行在特定的操作系统上的。操作系统，则是要运行在硬件上的。所以这三者关系如图。

再来看看内核的定义：
“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。直接对硬件操作是非常复杂的，所以内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。硬件抽象隐藏了复杂性，为应用软件和硬件提供了一套简洁，统一的接口，使程序设计更为简单。

简单来说，内核是一个操作系统的核心。它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统等等，决定着系统的性能和稳定性。是连接应用程序和硬件的桥梁。
内核就是操作系统背后黑盒的核心。

内核的分类

既然我们知道了内核是什么，接着来看看内核的分类，现在内核的主要分类有四类：
宏内核（单内核），微内核，混合内核，外内核。

什么是宏内核

我们上面说到，内核管理着操作系统的内存，文件，IO，网络等等，每个功能可以看做一个模块，在宏内核中，这些模块都是集成在一起的，运行在内核进程中，模块之间的交互直接通过方法调用。

什么是微内核

而在微内核中，内核只提供最核心的功能，比如任务调度，内存管理等等，其他模块被移出内核，运行在不同的进程中，这样即使某一个模块出现问题，只要重启这个模块的进程即可，不会影响到其他模块，稳定性大大增加。甚至可以在系统运行过程中替换现有模块的实现。而且由于模块独立的性质，可以做到模块的按需加载。但是模块间的相互调用需要通过进程间通信，通信效率相对较低。

什么是混合内核

我们上面看了宏内核和微内核的实现，就会发现，两者各有千秋，也各有缺点，所以混合内核就是集中了两者的特点，让微内核中的一些核心模块运行在内核中，从而使内核效率更高一些。

什么是外内核

外内核是把硬件暴露给应用程序，应用程序可以直接访问硬件，外内核对系统提供保护。目前还在研究阶段。

当前主流操作系统内核

宏内核
Linux
Windows 9X 系列
MacOS 8.6 版本之前

微内核
Fuchsia
鸿蒙
Minix

混合内核
Windows XP
Windows 7
Mac OS X
XNU

外内核
Nemesis