内核简介

　　从上面的叙述中已经知道，系统中有供进程使用的资源，也存在需要使用资源来运行的进程，那么谁来在这两者之间进行协调和管理呢？当然，不可能是进程，也不可能是资源，只能是另外一组不是进程的软件功能模块。所以，为了支持系统对进程进行资源分配以及对进程的管理和调度，操作系统必须有一组不是进程的程序模块来完成这些工作。这组程序模块就叫做操作系统的内核。在设计操作系统时，人们常常把一些与硬件紧密相关、运行频率较高的公共基本操作程序模块和一些关键性的数据结构安排在内核中，并在计算机工作时使之常驻内存。

　　一般来说，操作系统的内核应提供中断处理、进程的调度管理和系统的基本操作三方面的功能。

　　操作系统的运行就是靠中断来驱动的。操作系统的系统调用、命令输入、进程调度、设各驱动、文件操作等重要活动都是由中断来激活的。因此，对于中断的管理和处理是操作系统赖以活动的基础。

　　内核必须承担给进程或线程分配处理器的工作，即能按某种策略对哪个进程或线程应让出处理器，哪个进程或线程应获得处理器进行判断和决策。因此，内核中必须包含有叫做调度器的程序模块来实现这个功能。

　　内核还要承担时钟、I/O接口与设各、安全以及文件系统进行基本控制和操作的任务。

　　其中有些关键的操作程序是不可中断的，内核中这些不可中断的程序通常叫做原语。

　　内核模块的另一个重要特点是内核模块可以使用特权指令。现代计算机系统都提供了常态（用户态）和特态（系统态）等多种机器工作状态。在特态下，用户可使用计算机的所有指令，而在常态下用户只能使用计算机指令系统的一部分。也就是说，现代计算机把指令系统分成了两部分：一部分是整个的指令系统；另一部分只是指令系统的一个子集。这样，高级用户可把计算机置于特态下来使用计算机的全部指令（例如前面讲过的软中断指令），低级用户则只能在常态下使用那些不会给计算机造成致命异常的一部分指令。这样就可以大大提高计算机的安全性。

　　内核是操作系统对裸机的第一次软封装，内核和裸机组成了一台虚拟机，进程就在这个虚拟机上运行。虚拟机没有中断的概念，用户进程执行中无须处理中断，并且进程在被执行中感觉不到有其他进程存在，似乎处理器就是自己私有的。与裸机相比，虚拟机为进程提供了功能更为强大的新指令系统，从而使用户可在较高级的层次上进行程序设计。

　　操作系统内核的一种工作流程图如图所示。

　　图 内核的工作流程