Windows 中核心模式和使用者模式的區別

處理器在使用者模式或核心模式下執行程式。當您使用 PC 時，處理器會根據其正在執行的操作頻繁地在這兩種模式之間切換。但是什麼是使用者模式和核心模式呢？這兩種模式有什麼差別？為什麼CPU需要在這些模式之間切換？

Windows 中的使用者模式是什麼？

Windows 中的使用者模式

當您在 Windows 上啟動程式時，程式會在使用者模式下啟動。每當使用者模式下的程式想要執行時，Windows 都會為其建立一個流程。進程只是處理器正在執行的程式或 Windows 計劃執行的程式。每當 Windows 建立一個進程時，它也會為該進程建立一個虛擬位址空間。

虛擬位址空間是 Windows 指派給進程的一組邏輯（非實體）位址。進程可以使用這些位址在實體記憶體中儲存資料。

此外，虛擬位址空間是隔離的。因此，一個行程的虛擬位址空間不會幹擾另一個行程的位址空間。而且由於使用者模式下的程式具有單獨的位址空間，因此如果一個程式崩潰，程式將單獨崩潰，不會影響其他程式或整個作業系統。

描述使用者模式應用程式的另一種方法是使用術語「較少特權」。 Windows 限制使用者模式應用程式直接存取關鍵系統資源，從而降低它們的特權。例如，如果應用程式想要存取硬體，它必須使用系統呼叫（電腦程式向作業系統核心請求服務的一種程式設計風格。它被執行）透過作業系統核心。

簡而言之，視頻遊戲等應用程式在用戶模式下運行。他們幾乎沒有特權，因此無法不受限制地存取系統資源。每個使用者模式應用程式都有自己的地址空間。一個應用程式無法更改另一個應用程式的位址空間。因此，如果一個應用程式崩潰，不會影響電腦上執行的其他程式。

Windows 中的核心模式是什麼？

Windows 中的核心模式

在討論核心模式之前，我們必須先了解什麼是「核心」以及它如何與 Windows 一起工作。

核心是作業系統的大腦。它是作業系統中所有其他元件所依賴的核心軟體元件。內核管理電腦硬件，調度電腦上的運行，並處理硬體和應用程式軟體之間的交互。

簡而言之，核心是系統上運行的最有特權的程式碼段，因為它是直接與硬體互動的程式碼。任何其他想要使用硬體資源的程式都必須透過核心請求存取。

當應用程式在用戶模式下運行並想要存取網路攝影機等硬體時，它必須使用系統呼叫請求核心。為了滿足這些請求，CPU 在程式執行時從使用者模式切換到核心模式。

執行完成後，CPU 切換回使用者模式並開始執行下一個預定進程。這稱為“上下文切換”。

使用者模式和核心模式有什麼差別？

使用者模式和核心模式之間的主要區別在於每種模式提供的權限等級。在使用者模式下，應用程式擁有較少的權限。它們無法直接存取硬體資源，也無法寫入其他應用程式的位址空間。

在核心模式下運行的程式碼具有提升的權限。它不僅可以直接存取電腦硬件，而且所有運行在內核模式下的程序，包括作業系統，也共享一個位址空間。因此，如果核心模式下的程式崩潰，則可能導致整個作業系統崩潰。為了確保不會出現此類問題，Windows 只允許某些進程在核心模式下運行。

Windows採用分層的方式將使用者程式與系統資源分開

Windows 使用分層模型來決定進程的權限等級。位於最外層的應用程式是具有租賃權限的應用程式。這些層的核心是內核。因此，核心可以無限制地存取作業系統資源。

分層方法還可以保護關鍵的作業系統功能。當上層程式隨機崩潰時，不會影響作業系統。另一方面，當核心崩潰時，整個作業系統都會受到影響。