内核：统管一切的操作系统之核

窗口背后是谁

回想一下上一讲。程序被关在围栏里，碰不到硬件，一旦需要干活，就到叫作系统调用的正式窗口去请求。一越过窗口，CPU 就短暂地切到内核态，把活处理好，再回来。那时候，我们故意有一样没去细看，就是在窗口背后，凭那股强权限实际把活干完的那个存在。窗口不过是个接收请求的入口罢了，在它里面，另有一个真正去读磁盘、往屏幕上点点的干活人。这个干活人的名字，正是内核。

点窗口，看看它背后。藏在系统调用窗口背后的核，内核，露出来了。实际处理请求的，正是这个内核。

内核露出来了。强大的内核态这个名字，现在也说得通了。那股强权限，正是这个内核干活时所用的力，所以才用了那个名字。可这个内核，是只在请求来的时候才短暂出现一下、随即消失吗？不是的。下面，我们就看看内核从什么时候到什么时候守在那个位置上。

内核始终醒着

我们用的程序，时开时关。打开音乐应用又关掉，启动浏览器又关上。应用在需要时载入内存，关掉就退出内存。可内核不一样。开机的那一刻，它最先在内存里占好位置，直到关掉电源，一次也不离开那个位置。无论多少应用进进出出，内核始终在它们底下醒着。想想也理所当然。把应用载入内存、再撤下来，决定把 CPU 给谁，这一切，干活的都是内核。内核要是睡了，就没有谁来干这些活了。

点各个应用，开开关关。应用格会亮会灭，可最下面的内核格，始终亮着不变。内核从开机到关机，一直驻留在内存里。

应用闪烁，内核格却稳稳地亮着。内核就像后台升降幕布的人。演员进进出出，可那个人整场都守在岗位上。那么，内核始终在那个位置上，到底干些什么呢？其实，我们在这个领域学过的几乎所有活，一直都在内核手里转着。下面，我们就把它们汇到一处。

一切资源的指挥塔

一路走过这个领域，我们学了不少东西。决定先把 CPU 给谁的调度、装得比真内存还大的虚拟内存、认出新装置的驱动、整理文件的体系，还有看谁能干什么的权限确认。那时候是分开学的，可实际上，把这一切真正做成的手，只有一只。就是内核。内核，就像机场的指挥塔。塔在一处决定每架飞机几时起降、用哪条跑道；同样，内核也一手统管：CPU、内存、装置、文件这些资源，该给谁、给多少。

把资源一个个点点看。无论点 CPU 调度、内存、驱动、文件还是权限，统管它的，都是中间的内核，会被高亮出来。一切资源，都在内核这一只手里转。

无论点哪个资源，路都汇到了内核。看着零散的活，其实都绕着一个中心在转。可内核要是把这么强的活全干了，会不会危险呢？要是随便哪个程序都能用这股力，那就糟了。所以电脑把力量的世界，分成了两半。下面，我们就看看那道界。

两种模式的界

把上一讲瞥过的两种模式，再想一遍。一种是用户态，是我们的应用居住的、力量受限的世界。另一种是内核态，是内核干活的、能直接碰硬件碰一切的强大世界。两者之间，有一道清楚的界。用户态里的应用，不能直接伸手碰硬件。只有处在内核态里的内核，才能直接碰硬件。所以应用一想自己干点什么，就被挡住；只有向内核请求、经过内核态，那件活才办得成。多亏这道界，强大的力量，只汇聚在内核这一个可信的地方。

点一下切换模式。处于用户态时，直接伸手碰硬件会被挡（红色）。只有处于内核态时，才允许访问硬件（绿色）。强大的力量，只在内核态里。

用户态被挡，只有内核态才通。强大的力量汇在内核这一处，是件让人安心的事。危险动作只过一处，那只要守好那一处就行。可与此同时，也掠过一丝让人心头一紧的念头。要是一切都系在内核这一个上，万一内核自己出了问题，会怎样呢？最后，我们就用这个问题，把今天学的归拢一下。

当内核停下来

把今天看到的，汇成一条线。内核，是在系统调用窗口背后处理实际工作的核心程序；它从开机到关机，一直驻留在内存里；并且一手统管 CPU、内存、装置、文件、权限这一切资源。强大的内核态，是内核干活时所用的力。于是，就有了这样的情形。哪怕一个应用出了岔子、卡住或死掉，它上面的内核还活着，于是只把那一个应用清理掉，其余的照样好好运转。我们能强行关掉一个卡死的应用、继续用电脑，正是多亏了这一点。可要是内核自己停了，事情就完全不同了。那只本该清理应用、分派资源、处理请求的手没了，于是它上面的所有应用、整个系统，一下子全停了。电脑忽然变成一片蓝、或者毫无反应、非重启不可的那个罕见瞬间，正是内核再也撑不住的时候。

点一个应用，让它停。内核还活着，所以只清掉那一个应用，其余的没事。最后点内核把它停掉，它上面的一切，就一下子全停（红色）。一切，都系在内核这一个上。

现在，操作系统的正中心，清清楚楚地显出来了。至今分开学的调度、内存、驱动、文件、权限、系统调用，原来都在内核这一只手里转着。可从一只手往外分派资源，会冒出新的麻烦。两个程序，各自抓着自己手里的不放，只等对方手里的，那就两个都永远停住了。下一讲，我们就来见一见这种互不相让时发生的死锁。