2.操作系统结构

2.1说说什么是内核？

计算机是由各种外部硬件设备组成的，比如内存、cpu、磁盘等，如果每个应用都要和这些硬件设备对接通信协议，那就太麻烦了。所以需要中间人内核来负责，让内核作为应用程序连接硬件设备的桥梁，应用程序只需要和内核交互，不用关心硬件的细节。

【内核具有哪些能力？】
现代操作系统，内核一般会提供4个基础能力：
（1）进程调度：管理进程、线程，决定哪个进程、线程使用CPU；
（2）内存管理：管理内存，决定内存的分配和回收；
（3）硬件通信管理：负责进程与硬件设备之间的通信；
（4）提供系统调用：如果应用程序需要运行更高权限的服务，那么就需要系统调用，它是应用程序与操作系统之间的接口。
内核具有很高的权限，可以控制cpu、内存、硬盘等硬件，而应用程序具有的权限很小，因此大多数操作系统，把内存分为了两个区域：内核空间：这个内存空间只有内核可以访问；
用户空间：这个内存空间专门给应用程序使用；

内核程序执行在内核态，应用程序执行在用户态。当应用程序需要使用到系统调用时，会产生一个中断。发生中断后，CPU会中断当前正在执行的用户程序，跳转到中断处理程序，开始执行内核程序。内核处理完成后，主动触发中断，把CPU执行权再次交回给应用程序，回到用户态继续工作。

2.2说说什么是微内核、什么是宏内核？

宏内核：Linux的内核架构就是宏内核，Linux的内核是一个完整的可执行程序，拥有最高的权限。它的特征是系统内核的所有模块，包括进程调度、内存管理、文件系统、设备驱动等等，都运行在内核态。

微内核：与宏内核相反的就是微内核，微内核架构的内核只保留最基本的部分，比如进程调度、虚拟机内存、中断等，把一些能力放在了用户空间，比如驱动程序、文件系统等等。这样服务与服务之间是隔离的，单个服务出现故障，也不会导致整个操作系统挂掉，提高了操作系统的稳定性和可靠性。微内核的优点是：可移植性高，维护成本低。缺点是：比如驱动程序不在内核中，而且驱动程序一般会频繁调用底层能力，所以就需要频繁进行用户态和内核态的切换，带来性能损耗。华为的鸿蒙系统就是微内核。

打个比方：以微内核的内存资源分配为例子，应用程序首先会发送内存分配的消息，这个发送消息的接口函数是由微内核提供。此时CPU切换到内核态，开始执行该函数的代码，微内核的代码会使当前进程停止运行，并将消息发送给内存管理的服务进程。内存管理服务进程收到该消息后，就会分配一块内存，并且也会通过消息的形式将分配的内存块的地址返回给内核。微内核再将该消息返回给发送内存分配消息的应用程序。此时CPU切换到用户态，应用程序会得到返回的内存块首地址，并开始使用该内存。这样就会导致微内核在调度内存时多次在用户态和内核态来回切换，使得整个操作系统的性能大大降低。
混合内核：它的架构有点像微内核，内核里面会有一个最小版本的内核，然后其他模块会在这个基础上搭建，然后实现的时候会跟宏内核类似，也就是把整个内核做成一个完整的程序，大部分服务都在内核中，就像是宏内核的方式包裹着一个微内核。


宏内核：包含多个模块，整个内核像一个完整的程序；
微内核：有一个最小版本的内核，一些模块和服务则由用户态管理；
混合内核：宏内核和微内核的结合体，内核抽象出了微内核的概念，也就是