Du har måske hørt om programmer, der kører i "kerne"- eller "bruger"-tilstand. Det hele afhænger af, hvordan operativsystemer fungerer, når de udfører deres arbejde. Når du først forstår det, er det nemt at forstå forskellen mellem brugertilstand og kernetilstand.

Forstå, hvad et operativsystem gør^(Does)

En computer består af hardware, de elektroniske komponenter og software, computerkoden, der udføres af denne hardware. Men hvad der måske er mindre klart, er hvordan de arbejder sammen.

En computers vigtigste element er bit eller "binære ciffer. ” Alt^{(” Everything)} , hvad en computer gør, er repræsenteret som etaller og nuller. Forskellige^(Different) computerkomponenter repræsenterer bits på forskellige måder. I en CPU repræsenterer mikroskopiske transistorer etaller og nuller ved enten at være tændt eller slukket. Disse transistorer er arrangeret i logiske strukturer, kaldet logiske porte.

I elektronisk computerhukommelse er bits repræsenteret af hukommelsesceller, der enten har en ladning over eller under en vis tærskel. På en mekanisk harddisk er bits repræsenteret som magnetiske udsving målt på en roterende tallerken. På optiske diske udfører gruber og områder, der gør eller ikke reflekterer laserlys, det samme arbejde. 

Uanset hvordan den fysiske repræsentation af binær kode opnås, kan du i sidste ende reducere alle forbrugercomputerkomponenter til denne rå maskinkode.

Så hvordan går man fra en computers menneskevenlige grænseflade til de rå processer på lavt niveau i selve computeren? Det er her, operativsystemet kommer ind i billedet. Det styrer direkte computerens hardware. 

Denne software oversætter alt, hvad applikationer (og dermed brugeren) ønsker til maskinkodeinstruktionerne, som CPU'en^(CPU) og andre komponenter forstår. Det mest kritiske stykke software i denne proces er kernen.

Hvad er kernen?

Kernen er, som navnet antyder, kernen i styresystemet. Kernen er software, der ligger i RAM og styrer alt, hvad computeren gør. Når noget er skrevet ind i hukommelsen, er det kernen, der styrer udførelsen.

Kernen ved, hvordan den skal kommunikere med hardware såsom GPU'er^(GPUs) og netværkskort, men den ved muligvis ikke, hvordan den skal betjene dem til deres fulde potentiale, idet den er afhængig af generiske standarder i computerindustrien.

Hardware-driverne kommer i spil her. Drivere fortæller dit operativsystem, hvordan det skal arbejde med specifikke komponenter, hvorfor du for eksempel har brug for forskellige drivere til Nvidia og AMD GPU'er^{(AMD GPUs)} .

Udstyret med de rigtige drivere er kernen den ultimative autoritet inden for computeren, herunder at gøre ting, der katastrofalt kan ødelægge data.

Rollen af ​​applikationsprogrammeringsgrænseflader^{(Application Programming Interfaces)} ( API'er^(APIs) ) _^(Role)

I tiden med MS-DOS måtte softwareudviklere skrive deres software specifikt til brugerens hardware. Det mest berygtede eksempel på dette på MS-DOS- systemer var lydkortdrivere.

Et givet videospil ville skulle understøtte de mest populære kort ( Sound Blaster , Ad-lib , Gravis Ultrasound osv.) og håbe, at de fleste spillere var dækket. I dag fungerer tingene meget anderledes, takket være API'er^(APIs) .

Microsoft DirectX er et godt eksempel. Hvis du vil have en dybdegående forklaring, så tjek Hvad er DirectX, og hvorfor er det vigtigt? ^{(What Is DirectX and Why Is It Important?)}Det vigtigste at vide er dog, at API'en^(API) tilbyder en standard måde for softwareudviklere at bede om hardwareressourcer fra komponenter som GPU'en^(GPU) . Derudover må hardwareproducenter kun sikre, at deres produkter er i overensstemmelse med DirectX for at sikre fuld kompatibilitet med enhver tilsvarende kompatibel software.

API'er^(APIs) tilbyder et lag af oversættelse mellem softwareapplikationer og lavniveaukernen med dens hardwaredrivere. Ja, dette kommer med en lille præstationsstraf. På moderne computere er dette stadig ubetydeligt, og det kommer med en række fordele, og det er her, vi endelig kommer til brugertilstand og kernetilstand.

Brugertilstand vs. kernetilstand

Moderne operativsystemer kører hundredvis eller tusindvis af "processer" samtidigt, hvilket dynamisk giver dem CPU- tid efter behov baseret på deres prioriteter og krav til beregningskraft.

Når du starter et program, genererer det processer, og CPU'en^(CPU) kan udføre dem i enten brugertilstand eller kernetilstand.

En Windows -proces, der kører i brugertilstand, har kun adgang til sit eget private virtuelle hukommelsesadresserum og håndteringstabel. Softwaren bruger disse tabeller til at gemme data i RAM og anmode om ressourcer. Der er ingen direkte adgang til hukommelse eller anden hardware, og det er op til operativsystemet at kortlægge disse virtuelle rum til computerens faktiske hardware.

Dette er godt af mange grunde, men den mest afgørende fordel er, at applikationen ikke kan overskrive eller ændre data uden for dens virtuelle hukommelsesadresserum. Derudover er visse funktioner ude af grænser for processer i brugertilstand, hovedsageligt dem, der kan crashe systemet eller ødelægge data.

Når en proces starter eller ophøjes til kernetilstand, har den fuld adgang til systemressourcer, selv dem, der er reserveret til operativsystemet. Så i teorien kan det overskrive vigtige data, som operativsystemet skal bruge for at køre korrekt.

Fælder og undtagelser

Det er vigtigt at forstå, at disse to tilstande håndhæves på hardwareniveau af CPU'en^(CPU) selv. Hvis et program, der kører i brugertilstand, forsøger at gøre noget, der kræver kernetilstandsadgang, genererer det en "fælde" eller "undtagelse". Operativsystemet vil derefter håndtere applikationen, normalt ved at lukke den ned og generere en crash-log, så udviklerne kan se, hvad der skete i hukommelsen, da tingene gik af sporet.

The Dangers of Kernel Mode : The Blue Screen of Death

Hvis du nogensinde har oplevet en Blue Screen of Death (hvem har ikke det?), der tvang din computer til at slukke eller genstarte, er der en god chance for, at det var en kernetilstandsproces, der skyldtes.

Når en proces i kernetilstand gør noget, den ikke skal, kan operativsystemet ikke genoprette det, og hele computeren stopper. Når en proces i brugertilstand går galt, er det kun applikationen, der går ned, og resten af ​​softwaren og operativsystemet kan fortsætte uden problemer.

Dette er et område, hvor API'er^(APIs) spiller en væsentlig rolle, da det er API'en^(API) , der beder om kernetilstandsprivilegier. Brugertilstandsapplikationer uddelegerer i det væsentlige anmodninger, der ville have krævet kernetilstandsrettigheder til API'en^(API) .

Dette er grunden til, at kernetilstand normalt kun gives til systemprocesser på lavt niveau, der skal have direkte adgang til computerens hardware. Normalt udvides dette privilegium til en proces, fordi den kræver mere ydeevne, end brugertilstanden kan give. Nogle CPU- instruktioner virker kun i kernetilstand, så hvis en proces skal bruge disse funktioner, skal den forhøjes.

Hvis du har problemer med Blue Screen of Death , skal du sørge for at læse vores Blue Screen of Death-fejlfindingsvejledning til Windows 10^{(Blue Screen of Death Troubleshooting Guide for Windows 10)} !

What Is User Mode vs Kernel Mode in Windows

You may have heard about applications rυnning in “kernel” or “user” mode. It’s all down to hоw operating systems work when they do thеir jobs. Once you understand that, it’s easy to grаsp the difference between user modе and kernel mode.

Understanding What an Operating System Does

A computer consists of hardware, the electronic components, and software, the computer code executed by that hardware. But what may be less clear is how they work together.

A computer’s most essential element is the bit or “binary digit.” Everything a computer does is represented as ones and zeroes. Different computer components represent bits in different ways. In a CPU, microscopic transistors represent ones and zeroes by either being on or off. Those transistors are arranged into logical structures, called logic gates.

In electronic computer memory, bits are represented by memory cells either having a charge above or below a certain threshold. On a mechanical hard drive, bits are represented as magnetic fluctuations measured on a spinning platter. On optical discs, pits and lands that do or do not reflect laser light do the same job. 

No matter how the physical representation of binary code is achieved, you can eventually reduce down all consumer computer components to this raw machine code.

So how do you go from the human-friendly interface of a computer to the raw, low-level processes in the computer itself? That’s where the operating system comes in. It directly controls the hardware of the computer. 

This software translates everything applications (and therefore the user) want into the machine code instructions that the CPU and other components understand. The most critical piece of software in this process is the kernel.

What Is the Kernel?

The kernel is, as the name suggests, the core of the operating system. The kernel is software that resides in RAM and directs everything the computer does. When something is written into memory, it’s the kernel that directs the execution.

The kernel knows how to interface with hardware such as GPUs and network cards, but it may not know how to operate them to their full potential, relying on generic standards in the computer industry.

The hardware drivers come into play here. Drivers tell your operating system how to work with specific components, which is why you need different drivers for Nvidia and AMD GPUs, for example.

Equipped with the right drivers, the kernel is the ultimate authority within the computer, including doing things that can catastrophically destroy data.

The Role of Application Programming Interfaces (APIs)

In the days of MS-DOS, software developers had to write their software specifically for the user’s hardware. The most notorious example of this on MS-DOS systems were sound card drivers.

A given video game would have to support the most popular cards (Sound Blaster, Ad-lib, Gravis Ultrasound, etc.) and hope that most players were covered. Today, things work very differently, thanks to APIs.

Microsoft DirectX is a great example. If you want an in-depth explanation, check out What Is DirectX and Why Is It Important? However, the most important thing to know is that the API offers a standard way for software developers to ask for hardware resources from components like the GPU. Additionally, hardware makers must only ensure that their products comply with DirectX to ensure full compatibility with any likewise compliant software.

APIs offer a layer of translation between software applications and the low-level kernel with its hardware drivers. Yes, this comes with a slight performance penalty. Still, on modern computers, this is negligible, and it comes with a variety of advantages, which is where we finally come to user mode and kernel mode.

User Mode vs. Kernel Mode

Modern operating systems run hundreds or thousands of “processes” simultaneously, dynamically giving them CPU time as needed based on their priorities and computation power requirements.

When you launch an application, it generates processes, and the CPU can execute them in either user mode or kernel mode.

A Windows process running in user mode only has access to its own private virtual memory address space and handle table. The software uses these tables to store data in RAM and request resources. There’s no direct access to memory or other hardware, and it’s up to the operating system to map those virtual spaces to the actual hardware of the computer.

This is good for many reasons, but the most crucial benefit is that the application can’t overwrite or alter data outside its virtual memory address space. In addition, certain functions are off-limits to user-mode processes, mainly ones that could crash the system or destroy data.

When a process launches or is elevated to kernel mode, it has full access to system resources, even those reserved for the operating system. So, in theory, it could overwrite crucial data that the operating system needs to run properly.

Traps and Exceptions

It’s important to understand that these two modes are enforced at the hardware level by the CPU itself. If an application running in user mode tries to do something that requires kernel-mode access, it generates a “trap” or “exception.” The operating system will then deal with the application, usually by shutting it down and generating a crash log so that the developers can see what happened in memory when things went off the rails.

The Dangers of Kernel Mode: The Blue Screen of Death

If you’ve ever experienced a Blue Screen of Death (who hasn’t?) that forced your computer to switch off or restart, there’s a good chance it was a kernel-mode process to blame.

When a process in kernel mode does something it’s not supposed to, the operating system can’t recover from it, and the entire computer halts. When a user-mode process goes haywire, only the application crashes, and the rest of the software and the operating system can go on without any issues.

This is one area where APIs play an essential role since it’s the API asking for kernel-mode privileges. User-mode applications essentially delegate requests that would have required kernel-mode privileges to the API.

This is why kernel-mode is usually only granted to low-level system processes that need to access the computer’s hardware directly. Usually, this privilege is extended to a process because it needs more performance than user mode can provide. Some CPU instructions only work in kernel mode, so if a process needs to use those functions, it has to be elevated.

If you’re having trouble with the Blue Screen of Death, be sure to read our Blue Screen of Death Troubleshooting Guide for Windows 10!

Related posts

• Sådan aktiveres mørk tilstand i Windows 11

• Sådan installeres Windows 11 med en lokal konto

• 6 måder at logge ud af Windows 11 -

• Sådan starter du Windows 11 i fejlsikret tilstand (8 måder) -

• 5 måder at oprette og tilføje en ny bruger i Windows 11 -

• Sådan aktiverer du dvaletilstand i Windows 11

• Klik her for at indtaste dine seneste legitimationsoplysninger i Windows 11

• Aktiver eller deaktiver Wi-Fi og Ethernet-adapter på Windows 11

• Vis eller skjul ikoner i proceslinjens hjørneoverløbsområde på Windows 11

• Sådan indstilles forskelligt tapet på forskellige skriveborde på Windows 11

• Denne pc kan ikke køre Windows 11 - Løs det!

• Sådan blokerer du Windows 11 fra at blive installeret på din computer

• Sådan aktiveres God Mode i Windows 11

• Hvordan fungerer funktionen Dynamic Refresh Rate i Windows 11

• Sådan viser eller skjuler du mest brugte apps i startmenuen på Windows 11

• Sådan laver du en video fra fotos i Windows 11

• 7 måder at skifte bruger i Windows 11 -

• Sådan slår du mørk tilstand til i Windows 11 -

• Windows 11 til virksomheder og virksomheder - Nye funktioner

• Sådan justeres lysstyrken på webcam i Windows 11