Linux 内核和 Windows 内核有什么区别

目录

一、什么是内核？

1.1 内核的能力

二、 *** 作系统分层

三、内核是如何工作的？

四、Linux 的设计

4.1 Multitask and SMP（Symmetric multiprocessing）

4.2 ELF（Executable and Linkable Format）

4.3 Monolithic Kernel

4.4 在内核层和在用户层有什么区别？

五、Window 设计

六、总结

说到 *** 作系统，就必须说内核。内核是 *** 作系统中应用连接硬件设备的桥梁。

对于一个现代的 *** 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 *** 作系统和内核之间的关系，通常可以把 *** 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 。

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。

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 *** 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 *** 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。

MultiTask 指多任务，Linux 是一个多任务的 *** 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。

这个名词翻译过来叫作 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。我们可以看到 ELF 中把文件分成了一个个分段（Segment），每个段都有自己的作用。

这个名词翻译过来就是宏内核，宏内核反义词就是 Microkernel ，微内核的意思。Linux 是宏内核架构，这说明 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。

与宏内核对应，接下来说说微内核，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。

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。

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。

下面我找到一张 Windows 内核架构的图片给你一个直观感受。

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。

Windows 还有很多独特的能力，比如 Hyper-V 虚拟化技术.

这一讲我们学习了内核的基础知识，包括内核的作用、整体架构以及 3 种内核类型（ 宏内核、微内核和混合类型内核 ）。

内核很小（微内核）方便移植，因为体积小、安装快；内核大（宏内核），方便优化性能，毕竟内核更了解计算机中的资源。

Linux 内核和 Windows 内核有什么区别？

【解析】 Windows 有两个内核，最新的是 NT 内核，目前主流的 Windows 产品都是 NT 内核。NT 内核和 Linux 内核非常相似，没有太大的结构化差异。

从整体设计上来看， Linux 是宏内核 ， NT 内核属于混合型内核 。和微内核不同，宏内核和混合类型内核从实现上来看是一个完整的程序。只不过混合类型内核内部也抽象出了微内核的概念，从内核内部看混合型内核的架构更像微内核。

另外 NT 内核和 Linux 内核还存在着许多其他的差异，比如：

linux系统和windows系统的区别：

Windows下可以运行绝大部分的游戏，硬件厂商近乎100%的支持，linux下可直接运行的软件数量，和win比起来就是1和99的区别，选择linux的人基本不会考虑玩游戏，同时linux正期待更多硬件厂商的支持

linux安全性高，windows的漏洞、病毒、木马、后门出现频录比较高,windows放弃了dos的字符模式，主攻图形界面，让桌面系统更易用，linux字符模式运行的更好，图形界面还只是附带品

无论按照什么标准对Windows和Linux进行评估，都存在一定的问题:每个 *** 作系统都不止一个版本。

做服务器运维工作，要经常和Linux的版本号打交道，但一直搞不明白Linux内核和Linux发行版到底是个啥东西。其实要理解Linux内核和Linux发行版之间的关系，只要能理解下面的关系就可以了：

1.类似于游戏引擎《虚幻4》和游戏《绝地求生》之间的关系。没有虚幻4这款引擎，就没有绝地求生的游戏，但是有了虚幻4这款引擎，可以开发各种各样的游戏。

2.类似于汽车的核心三大件（发动机、变速箱、底盘）和宝马汽车之间的关系。汽车最重要的东西就是发动机、变速箱、底盘，宝马汽车和奔驰汽车可能用的都是同样的发动机，但是宝马汽车和奔驰汽车的外观是完全不一样的。

3.类似于电脑的核心硬件（CPU、内存、硬盘、主板、显卡）和戴尔电脑之间的关系。不管是联机的电脑，还是戴尔的电脑，CPU都是Intel或者AMD的。

4.类似于安卓系统和华为手机或者说和华为手机 *** 作系统之间的关系。三星、华为、小米、Vivo这些手机的 *** 作系统都是安卓的 *** 作系统，除去手机硬件的外观不说，在 *** 作使用上就存在差异。并且同是华为的品牌，手机型号不同，使用的安卓的内核版本号也不相同。

简单的说，内核就是内部的核心的东西，大家的内核都是一样的，发行版对应的则是外部的东西，例如功能、特性、外观、 *** 作啊，大家的发行版都是不一样的。

Linux内核是Linux *** 作系统创始人主持的网站www.kernel.org上发布的 *** 作系统的最基本的那些东西。Linux发行版则是在前述那些东西的基础上添加了一些工具、软件，构成的一套庞大复杂的 *** 作系统。虽然内核都是一样的，但添加部分各不相同，这就构成了不同的发行版本。Linux本身指的是一个 *** 作系统内核，只有内核是无法直接使用的。我们需要的是可以使用的 *** 作系统，是一个包含了内核和一批有用的程序的一个集合体，这个就是Linux发行版。其中，Ubuntu、RedHat就是Linux的不同的发行版。

外延1：既然内核这么牛逼，那么Linux的内核长啥样儿，干啥的？

参考1： https://www.cnblogs.com/yuanqiangfei/p/10225202.html

文中给出了Linux内核的整体架构。根据内核的核心功能，Linux内核提出了5个子系统，分别负责如下的功能：1. Process Scheduler，也称作进程管理、进程调度。2. Memory Manager，内存管理。3. VFS（Virtual File System），虚拟文件系统。4. Network，网络子系统。5. IPC（Inter-Process Communication），进程间通信。

到此打住，不再继续研究Linux内核了，否则偏离了文章的主题，而且Linux内核这方面的知识也不是一两天就能掌握的。

外延2：既然Linux有内核，那么Windows有内核么？

参考2： https://www.cnblogs.com/skyer/p/8608113.html

Windows显然也是有内核的说法的，只不过一个内核版本对应一个发行版本。说到这我真要吐槽一把Linux的版本问题，做服务器运维，经常遇到因为Linux的版本不同，导致应用程序死活装不上，库文件版本号死活对不上，依赖包死活找不到......这些一提起来就让人恶心的问题。

外延3：Linux内核版和发行版之间大致是怎么一种联系？

参考3： https://www.jianshu.com/p/f96880637e42

通过上面的解释，当我们的头脑里能区分出内核版和发行版的概念之后，再看两者之间的关系，就很清晰了。

外延4：如何查看Linux内核版本号和发行版本号？

参考4： https://blog.csdn.net/haiziccc/article/details/90203967

查看 *** 作系统版本一般有三个命令：

1. lsb_release -a，适用于所有Linux发行版

2. cat /etc/redhat-release，适用于Redhat

3. cat /etc/issue，适用于所有Linux发行版

查看系统内核版本一般有两个命令：

1. cat /proc/version

2. uname -a

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