本文主要是介绍小林图解系统-三、操作系统结构，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
Linux 内核 vs Windows 内核
内核
作为应用连接硬件设备的桥梁，保证应用程序只需要关心与内核交互，不需要关心硬件的细节
内核具备四个基本能力：
- 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，内存管理能力
- 管理硬件设备，为进程与硬件设备之间提供通信能力，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，就需要有系统调用，是用户程序和系统操作之间的接口
内核怎么工作的？
内核可以控制cpu、内存、硬盘等硬件，而应用程序具有的权限小，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的内存空间。因为此，当程序使用用户空间时，我们常说该程序在用户态执行，而当程序使用内核空间时，程序在内核态执行。
应用程序如果需要进入内核空间，就需要通过系统调用：
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，主动出发中断，把CPU执行权限交回给用户程序，回到用户态继续工作。
Linux的设计
- MultiTask，多任务
- SMP，对称多处理
- ELF，可执行文件链接格式
- Monolithic Kernel，宏内核
MultiTask
多任务，Linux是一个多任务的操作系统。
[同时]：并发或并行
对于单核CPU，可以让每个任务执行一小段时间，时间到了就切换另一个任务，从宏观角度看，一段时间内执行了多个任务，称为并发。
对于多核CPU时，多个任务可以同时被不同核心的CPU用时执行，这被称为并行。
SMP
SMP的意思是对称多处理，代表每个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。
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上执行。
ELF
可执行文件链接格式，是Linux操作系统重可执行文件的存储格式
ELF把文件分成了一个个分段。
ELF文件有两种索引，Program header table中记录了[运行时]所需的段，而Section header table记录了二进制文件中各个[段的首地址]
ELF文件怎么生成的呢？
编写的代码，首先通过[编译器]编译成汇编代码，接着通过[汇编器]变成目标代码，也就是目标文件，最后通过[链接器]把多个目标文件以及调用的各种函数库连接起来，形成一个可执行文件，也就是ELF文件。
ELF怎么执行
通过[装载器]把ELF文件装载到内存里，CPU读取内存中的指令和数据，于是程序就被执行起来了。
Monolithic Kernel
宏内核，Linux内核架构就是宏内核，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。
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，与内核其他模块解耦，让驱动开发和驱动加载更为方便灵活。
宏内核相反的是微内核，微内核只保留基本的能力。如进程调度、虚拟机内存、中断等，把一些应用放到了用户空间，驱动程序、文件系统。这样服务之间是隔离的，出现故障也不会挂掉整个系统，提高稳定性和操作性。
微内核内核功能少，可移植性高，由于驱动程序不在内核，驱动程序会频繁调用底层能力，驱动和硬件设备交互就需要频繁切换到内核态，会带来损耗，华为的鸿蒙操作系统的内核架构就是微内核。
混合类型内核，像微内核，内核里面会有一个最小版本的内核，其他模块在这个基础上搭建，实现的时候会跟宏内核类似，也就是把整个内核做成一个完成的程序，大部分服务都在内核中，像是宏内核包裹着一个微内核。
Windows设计
Windows NT，全称：New Technology
支持MultiTask和SMP，但是，Windows的内核设计是混合型内核，MicroKernel模块就是最小版本的内核
可执行文件的格式不同，所以和Linux不能相互运行。
Windows的可执行文件叫PE，称为可移植执行文件，扩展名通常是.exe/.dll/.sys等。
总结
内核架构三种类型
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，一个模块和服务则由用户动态管理
混合内核，宏内核和微内核的结合体，内核中抽象除了微内核的概念，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，Windows的内核设计则是采用了混合内核
Linux可执行文件格式叫做ELF，Window可执行文件格式叫做PE
这篇关于小林图解系统-三、操作系统结构的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
