Linux 内核和 Windows 内核有什么区别？[转载 重学操作系统]

Linux 内核和 Windows 内核有什么区别？[转载 重学操作系统]

转自 拉钩教育 重学操作系统 林䭽 操作系统内核：Linux 内核和 Windows 内核有什么区别？ 专栏

我在这个文章基础上自己整理了一下留着自己未来去学习.

正文

Windows 和 Linux 是当今两款最主流的服务器操作系统产品，都拥有广泛的用户和信徒。Windows 通过强大的商业运作，驱动了大量优秀人才加盟到它的开发团队中；Linux 通过社区产品的魅力吸引着世界上大量的顶级程序员为他贡献源代码、解答问题。两者在服务器市场上竞争激烈，不分伯仲，但也存在互相扶持的关系。

我觉得，两个操作系统各有千秋。每次学习两个操作系统的技术知识，都让我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。

什么是内核？

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。

内核的能力

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：

管理进程、线程（决定哪个进程、线程使用 CPU？）；管理内存（决定内存用来做什么？）；连接硬件设备（为进程、和设备间提供通信能力）；提供系统调用（接收进程发送来的系统调用）。

操作系统分层

内核是如何工作的？

为了帮助你理解什么是内核，请你先思考一个问题：进程和内核的关系，是不是像浏览器请求服务端服务？

比如，一个机器有 4 个CPU，不可能让内核用一个 CPU，其他进程用剩下的 CPU。这样太浪费资源了。再比如，进程向内核请求 100M 的内存，内核把 100M 的数据传回去。 这个模型不可行，因为传输太慢了。

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。

Linux 的设计

Linux 操作系统第一版是1991 年林纳斯.托 瓦兹（一个芬兰的小伙子，当时 22 岁）用 C 语音写的。 写完之后他在网络上发布了 Linux 内核的源代码。又经过了 3 年的努力，在 1994 年发布了完整的核心 Version 1.0。

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 and SMP（Symmetric multiprocessing）

MultiTask 指多任务，Linux 是一个多任务的操作系统。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（Executable and Linkable Format）

Monolithic Kernel

感觉分层其实差不多。 我这里说一个很大的区别，比如说驱动程序是需要频繁调用底层能力的，如果在内核中，性能肯定会好很多。对于微内核设计，驱动在内核外，驱动和硬件设备交互就需要频繁做内核态的切换。

当然微内核也有它的好处，比如说微内核体积更小、可移植性更强。不过我认为，随着计算能力、存储技术越来越发达，体积小、安装快已经不能算是一个很大的优势了。现在更重要的是如何有效利用硬件设备的性能。

之所以这么思考，也可能因为我是带着现代的目光回望当时人们对内核的评判，事实上，当时 Linux 团队也因此争论过很长一段时间。 但是我觉得历史往往是螺旋上升的，说不定将来性能发展到了一个新的阶段，像微内核的灵活性、可以提供强大的抽象能力这样的特点，又重新受到人们的重视。

还有一种就是混合类型内核。 混合类型的特点就是架构像微内核，内核中会有一个最小版本的内核，其他功能会在这个能力上搭建。但是实现的时候，是用宏内核的方式实现的，就是内核被做成了一个完整的程序，大部分功能都包含在内核中。就是在宏内核之内有抽象出了一个微内核。

上面我们大体介绍了内核几个重要的特性，有关进程、内存、虚拟化等特性，我们会在后续章节逐步讨论。

Window 设计

接下来我们说说 Windows 的设计，Windows 和 Linux 的设计有很大程度的相似性。Windows也有内核，它的内核是 C/C++ 写的。准确地说，Windows 有两个内核版本。一个是早期的Windows 9x 内核，早期的 Win95, Win98 都是这个内核。我们今天用的 Windows 7, Windows 10 是另一个内核，叫作 Windows NT。NT 指的是 New Technology。接下来我们讨论的都是 NT 版本的内核。

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。

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