什么是操作系统内核

窗口背后是谁

回想一下上一课。程序被关在围栏里，碰不到硬件，需要办事时，就到叫作系统调用的正式窗口去请求。请求越过窗口的那一刻，CPU 短暂切换到内核态，把事办完再回来。
当时，我们故意没去看一样东西：在窗口背后，凭着那份强大权限真正干活的那个存在。
窗口只是接收请求的入口，再往里，另有一个真正去读磁盘、在屏幕上点亮像素的干活者。它的名字就是内核。

点按钮，系统调用窗口背后那个被遮住的格子就会打开，露出内核。真正处理程序请求的，一直就是这个内核。

现在，内核态这个名字也说得通了：那份强大权限，就是内核干活时用的力量，所以模式以它命名。
那么，内核是不是只在请求到来时露一下面，随即消失？并不是。
狭义上说“操作系统”时，指的往往就是这个内核。
内核从什么时候起、到什么时候止守在那里，是接下来要讲的。

内核始终醒着

我们用的应用总是开了又关。打开音乐应用又关掉，启动浏览器又退出。应用需要时被载入内存，关掉后就从内存中移走。
内核却不一样。电脑开机、启动的过程中，它就被载入内存、站稳位置，直到断电，一次也不离开。不管应用怎样进进出出，内核始终在它们下面醒着。
仔细想想也理所当然：把应用载入内存又移走、决定 CPU 交给谁，这些活都是内核在干。内核要是睡着了，就没有谁能来做这些事了。

上面三个应用格，每点一下就开或关，最下面的内核格却一直亮着。从开机到关机，内核一直常驻内存。

应用格忽明忽暗，内核格却始终亮着。内核有点像在后台拉幕、落幕的人：演员上场下场，这个人却整场都守在原位。
那么，内核守在那里，具体在做什么？其实，这一单元学过的几乎所有事，都在内核手里运转。

所有资源的塔台

一路学下来，我们认识了不少东西：决定先把 CPU 交给谁的调度、让内存看起来比实际更大的虚拟内存、让系统能和新设备沟通的驱动、整理文件的文件系统，还有判断谁能做什么的权限确认。
当时是一样一样分开学的，可真正把这些活干成的，只有一双手，那就是内核。
内核就像机场的塔台。塔台在一处决定每架飞机何时起降、用哪条跑道；内核也在一处决定 CPU、内存、设备、文件这些资源，给谁、给多少。

五种资源随便点一个，中间的内核格就会亮起来。不管是 CPU 调度，还是内存、驱动、文件、权限，管这件事的都是内核。

不论点哪种资源，路都汇到了内核。看似零散的活，其实都围着同一个中心转。
可内核把这么多强大的活都包了，会不会很危险？要是随便哪个程序都能用这股力量，那就糟了。
所以，计算机把力量的世界一分为二。

两种模式的边界

再回想一下上一课的两种模式。用户态是我们的应用所在、能力受限的世界；内核态则是内核干活的世界，在那里硬件和其他一切都能直接碰。
两者之间有清楚的边界。用户态的应用不能直接伸手碰硬件，只有在内核态里工作的内核才能直接碰。所以应用想自己动手就会被挡住，只有请内核帮忙、经过内核态，事情才办得成。
有了这道边界，强大的力量就只集中在值得信任的内核这一处。

用左边的按钮切换模式，用右边的按钮直接去碰硬件。用户态下会被阻止（红色），只有内核态才被允许（绿色）。强大的力量只存在于内核态之中。

在用户态被挡住，只有在内核态才通过。强大的力量集中在内核一处，让人放心：危险操作只经过一个地方，只要守好那里就行。
可同时也冒出一个让人心惊的念头：既然一切都系在内核身上，要是内核本身出了问题，会怎样？

内核停下来时

把看到的归拢一下：内核是在系统调用窗口背后办实事的核心程序，从开机到关机常驻内存，并用一双手统管 CPU、内存、设备、文件和权限这些资源。强大的内核态，就是它干活时用的力量。
所以，即使某个应用出错卡死或崩溃，只要它下面的内核还活着，就只清理掉那一个应用，其余照常运行。我们能强制关掉一个卡住的应用、继续用电脑，靠的就是这一点。
可要是内核本身停了，情况就完全不同。负责清理应用、分配资源、处理请求的那双手没了，它上面的所有应用和整个系统会一下子全部停住。屏幕突然变蓝，或者怎么点都没反应、只能重启的那种少见时刻，正是内核再也撑不住的时候。Windows 的蓝屏、Linux 的内核恐慌（kernel panic），说的就是这种情况。

三个应用点任意一个，就只有它停下，其余照常。最后点下面的“停掉内核”按钮，它上面的一切会一下子全部停止（红色）。

现在，操作系统的正中心已经清清楚楚。分开学过的调度、内存、驱动、文件、权限和系统调用，全都在这一个内核手里运转。
可资源由一双手来分配，也会冒出新的麻烦：两个程序各自攥着手里的东西不放，只等着对方手里的，结果两个都永远停住。
下一课，我们就来讲这种谁也不让谁时发生的死锁。