一、内核

1. 概念

计算机由各种外部硬件设备组成，如内存，cpu，硬盘等。如果每个程序要访问某个硬件，那它必须知道如何和这个硬件设备对接通信协议，那这样太麻烦了，因此这项工作交给了中间人-内核来负责，应用程序只需关心与内核交互，无需关心硬件细节

2. 内核的功能

• 管理进程、线程，决定哪个进程，线程使用cpu，即cpu调度能力
• 决定内存的分配和回收，即内存管理能力
• 管理硬件设备，为进程和硬件设备之间提供通信能力，即硬件通信能力
• 提供系统调用，如果应用程序要运行更高权限运行的服务，就需要有系统调用，它是用户程序与操作系统之间的接口

3. 内核如何工作

早期OS中，程序员设计代码直接访问硬件，以改进应用程序总体性能，这种方式可以使硬件快速响应，但是存在严重缺陷：

• 通常需要内存以直接管理硬件，如果编程使用的内存块与被其他硬件或操作系统使用的内存块相冲突，涉及的硬件设备可能会变得不稳定，或者操作系统可能奔溃
• 直接访问硬件设备将使系统更容易受到恶意软件破坏，如可能导致损坏磁盘或者磁盘文件
  因此后面通过划分开用户程序工作内存与OS工作内存的方式避免上面的问题

内核具有很大的权限，可以控制 cpu、内存、硬盘等硬件，应用程序具有的权限很小，因此大多数操作系统，把内存分成了两个区域：

• 内核空间：该内存空间只有内核程序可以访问
• 用户空间：该内存空间专门给应用程序使用

用户空间的代码只能访问一个局部的内存看空间，而内核空间代码可以访问所有内存空间。因此，当程序使用用户空间时，我们常说该程序在用户态执行，而当程序使用内核空间时，程序则在内核态执行

应用程序如果需要进入内核空间，就需要通过系统调用，如下图

内核程序执行在内核态，用户程序执行在用户态。当应用程序使用系统调用时，会发生一个中断。发生中断后、cpu会中断当前正在执行的用户程序，转而跳转到中断处理程序，也就是开始执行内核程序。内核处理完毕后、主动触发中断，把cpu执行权限交还给用户程序，回到用户态继续工作

二、进程间通信方式IPC

每个进程的用户地址空间都是不同的，一般而言不能互相访问，但是内核空间是每个进程共享的，所以进程之间通信必须通过内核

1. 管道

有匿名管道和命名管道两种
匿名管道：无名字标识，是特殊文件只存在于内存中，不存在于文件系统中，shell命令中的【|】竖线就是匿名管道，通信数据是无格式的字节流且大小受限，通信方式是单向的，只能用于存在父子关系的进程间通信，匿名管道声明周期随着进程创建而建立，随着进程终止而消亡
命名管道：可以在非亲缘关系进程间通信，因此使用命名管道前提就是在文件系统中创建类型为p的设备文件，那么毫无关系的进程就可以通过该设备文件进行通信，其他和匿名管道相同

匿名管道和命名管道，进程写入的数据都是缓存在内核中，另一个进程读取数据自然也是从内核中读取，同时通信数据遵循FIFO原则，不支持文件定位操作

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