Linux内核和Windows内核有什么区别？

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Windows 和 Linux 是当今两款最主流的服务器操作系统产品了。

两个操作系统各有千秋。我每次学习两个操作系统的技术知识，都切实地感受到编程真的是一门艺术，而学习编程就像是在探索艺术。

今天我从一道面试题目“Linux 内核和 Windows 内核有什么区别？”入手，去了解这两个操作系统内核的设计。

说到操作系统，就必须说内核。内核是操作系统中应用连接硬件设备的桥梁。

对于一个现代的操作系统来说，它的内核至少应该提供以下 4 种基本能力：

从上面 4 种能力来看操作系统和内核之间的关系，通常可以把操作系统分成 3 层，最底层的硬件设备抽象、中间的内核和最上层的应用。

那么，内核是如何工作的？可以来思考一个问题——

进程和内核的关系，是不是像浏览器请求服务端服务？

内核权限非常高，它可以管理进程、可以直接访问所有的内存，因此确实需要和进程之间有一定的隔离。

这个隔离用类似请求/响应的模型，非常符合常理。

但不同的是在浏览器、服务端模型中，浏览器和服务端是用不同的机器在执行，因此不需要共享一个 CPU。但是在进程调用内核的过程中，这里是存在资源共享的。

所以，这里多数操作系统的设计都遵循一个原则：

进程向内核发起一个请求，然后将 CPU 执行权限让出给内核。内核接手 CPU 执行权限，然后完成请求，再转让出 CPU 执行权限给调用进程。

说到 Linux 内核设计，这里有很多有意思的名词。大多数听起来复杂、专业，但是理解起来其实很简单。接下来我们一一讨论。

MultiTask 指多任务，就是多个任务可以同时执行，这里的“同时”并不是要求并发，而是在一段时间内可以执行多个任务。（当然 Linux 支持并发。）

SMP 指对称多处理，其实是说 Linux 下每个处理器的地位是相等的，内存对多个处理器来说是共享的，每个处理器都可以访问完整的内存和硬件资源。

这个特点决定了在 Linux 上不会存在一个特定的处理器处理用户程序或者内核程序，它们可以被分配到任何一个处理器上执行。

ELF 翻译过来叫作「可执行文件链接格式」。这是一种从 Unix 继承而来的可执行文件的存储格式，ELF 中把文件分成了一个个分段（Segment），每个段都有自己的作用。

翻译过来就是「宏内核」，反义词是 Microkernel（微内核）。

宏内核说明 Linux 的内核是一个完整的可执行程序，且内核用最高权限来运行。

宏内核的特点就是有很多程序会打包在内核中，比如，文件系统、驱动、内存管理等。当然这并不是说，每次安装驱动都需要重新编译内核，现在 Linux 也可以动态加载内核模块。所以哪些模块在内核层，哪些模块在用户层，这是一种系统层的拆分，并不是很强的物理隔离。

微内核只保留最基本的能力，比如进程调度、虚拟内存、中断。多数应用，甚至包括驱动程序、文件系统，是在用户空间管理的。

Windows 也有内核，它的内核是 C/C++ 写的。我们今天用的 Windows 7, Windows 10 的内核叫作 Windows NT。

Windows 同样支持 Multitask 和 SMP（对称多处理）。

Windows 的内核设计属于混合类型，你可以看到内核中有一个 Microkernel 模块。而整个内核实现又像宏内核一样，含有的能力非常多，是一个完整的整体。

Windows 下也有自己的可执行文件格式，这个格式叫作 Portable Executable（PE），也就是可移植执行文件，扩展名通常是 .exe、.dll、.sys 等。

PE 文件的结构和 ELF 结构有很多相通的地方，我找到了一张图片帮助你更直观地理解。

除此之外，Windows 还有很多独特的能力，比如 Hyper-V 虚拟化技术。

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