Можда сте чули за апликације које раде у „кернел“ или „корисничком“ режиму. Све се своди на то како оперативни системи раде када раде свој посао. Када то схватите, лако је схватити разлику између корисничког режима и режима језгра.

Разумевање шта оперативни систем ради^(Does)

Рачунар се састоји од хардвера, електронских компоненти и софтвера, компјутерског кода који извршава тај хардвер. Али оно што може бити мање јасно је како они раде заједно.

Најважнији елемент рачунара је бит или „бинарна цифра. ” Све^{(” Everything)} што рачунар ради представљено је као јединице и нуле. Различите^(Different) рачунарске компоненте представљају битове на различите начине. У ЦПУ-^(CPU) у, микроскопски транзистори представљају јединице и нуле тако што су укључени или искључени. Ти транзистори су распоређени у логичке структуре, назване логичке капије.

У меморији електронског рачунара, битови су представљени меморијским ћелијама које имају наелектрисање изнад или испод одређеног прага. На механичком чврстом диску, битови су представљени као магнетне флуктуације мерене на плочи која се окреће. На оптичким дисковима, јаме и земље које рефлектују или не рефлектују ласерску светлост раде исти посао. 

Без обзира на то како се постиже физичка репрезентација бинарног кода, на крају можете свести све потрошачке рачунарске компоненте на овај сирови машински код.

Дакле, како прећи од интерфејса рачунара прилагођеног људима до сирових процеса ниског нивоа у самом рачунару? Ту долази оперативни систем. Он директно контролише хардвер рачунара. 

Овај софтвер преводи све што апликације (а самим тим и корисник) желе у инструкције машинског кода које ЦПУ^(CPU) и друге компоненте разумеју. Најкритичнији део софтвера у овом процесу је кернел.

Шта је језгро?

Кернел је, као што име каже, језгро оперативног система. Кернел је софтвер који се налази у РАМ-^(RAM) у и усмерава све што рачунар ради. Када се нешто упише у меморију, језгро је оно које управља извршавањем.

Кернел зна како да се повеже са хардвером као што су ГПУ-ови^(GPUs) и мрежне картице, али можда неће знати како да управља њима до њиховог пуног потенцијала, ослањајући се на генеричке стандарде у рачунарској индустрији.

Овде долазе у обзир хардверски драјвери. Драјвери говоре вашем оперативном систему како да ради са одређеним компонентама, због чега су вам потребни различити драјвери за Нвидиа^(Nvidia) и АМД ГПУ^{(AMD GPUs)} , на пример.

Опремљен правим драјверима, кернел је крајњи ауторитет у рачунару, укључујући и радње које могу катастрофално да униште податке.

Улога програмских ^(Role)интерфејса^{(Application Programming Interfaces)} апликације ( АПИ^(APIs) )

У данима МС-ДОС-а^(MS-DOS) , програмери софтвера морали су да пишу свој софтвер посебно за хардвер корисника. Најозлоглашенији пример овога на МС-ДОС^(MS-DOS) системима били су драјвери за звучну картицу.

Дата видео игра би морала да подржава најпопуларније картице ( Соунд Бластер^{(Sound Blaster)} , Ад-либ^(Ad-lib) , Гравис Ултрасоунд^{(Gravis Ultrasound)} , итд.) и надамо се да је већина играча покривена. Данас ствари функционишу сасвим другачије, захваљујући АПИ-јима^(APIs) .

Мицрософт ДирецтКс^{(Microsoft DirectX)} је одличан пример. Ако желите детаљно објашњење, погледајте Шта је ДирецтКс и зашто је важно? ^{(What Is DirectX and Why Is It Important?)}Међутим, најважније је знати да АПИ^(API) нуди стандардни начин да програмери софтвера траже хардверске ресурсе од компоненти као што је ГПУ^(GPU) . Поред тога, произвођачи хардвера морају само да осигурају да су њихови производи усклађени са ДирецтКс^(DirectX) - ом како би осигурали потпуну компатибилност са било којим софтвером који је такође усклађен.

АПИ-ји^(APIs) нуде слој превођења између софтверских апликација и кернела ниског нивоа са његовим хардверским драјверима. Да, ово долази са малом казном учинка. Ипак, на савременим рачунарима то је занемарљиво, и долази са низом предности, где коначно долазимо до корисничког режима и режима језгра.

Кориснички режим у односу на режим кернела

Модерни оперативни системи покрећу стотине или хиљаде „процеса“ истовремено, динамички им дајући ЦПУ^(CPU) време по потреби на основу њихових приоритета и захтева за рачунарском снагом.

Када покренете апликацију, она генерише процесе, а ЦПУ^(CPU) их може извршити у корисничком или кернел режиму.

Виндовс процес који^(Windows) ради у корисничком режиму има приступ само свом приватном виртуелном меморијском адресном простору и табели руковања. Софтвер користи ове табеле да складишти податке у РАМ-^(RAM) у и тражи ресурсе. Не постоји директан приступ меморији или другом хардверу, а на оперативном систему је да мапира те виртуелне просторе са стварним хардвером рачунара.

Ово је добро из много разлога, али најважнија предност је та што апликација не може да препише или измени податке изван свог адресног простора виртуелне меморије. Поред тога, одређене функције су забрањене за процесе у корисничком режиму, углавном оне који могу да сруше систем или униште податке.

Када се процес покрене или је подигнут у режим кернела, он има пун приступ системским ресурсима, чак и онима резервисаним за оперативни систем. Дакле, у теорији, то би могло да препише кључне податке који су потребни оперативном систему да би исправно радио.

Замке и изузеци

Важно је разумети да се ова два режима примењују на нивоу хардвера од стране самог ЦПУ^(CPU) -а. Ако апликација која ради у корисничком режиму покуша да уради нешто што захтева приступ у режиму језгра, генерише „замку“ или „изузетак“. Оперативни систем ће се тада позабавити апликацијом, обично тако што ће је искључити и генерисати евиденцију пада како би програмери могли да виде шта се догодило у меморији када су ствари кренуле изван шина.

Опасности кернел^{(Kernel Mode)} мода : Плави ^(Death)екран^{(Blue Screen)} смрти _^(Dangers)

Ако сте икада искусили Плави екран^{(Blue Screen)} смрти (^(Death) ко није?) који је приморао ваш рачунар да се искључи или поново покрене, постоји велика шанса да је крив процес у режиму језгра.

Када процес у режиму кернела уради нешто што не би требало, оперативни систем се не може опоравити од тога и цео рачунар се зауставља. Када се процес у корисничком режиму поквари, само се апликација руши, а остатак софтвера и оперативни систем могу да наставе без икаквих проблема.

Ово је једна област у којој АПИ-ји^(APIs) играју кључну улогу јер АПИ^(API) тражи привилегије у режиму језгра. Апликације у корисничком режиму у суштини делегирају АПИ^(API) -ју захтеве који би захтевали привилегије у режиму језгра .

Због тога се режим кернела обично додељује само системским процесима ниског нивоа који треба директно да приступе хардверу рачунара. Обично се ова привилегија проширује на процес јер му је потребно више перформанси него што кориснички режим може да пружи. Неке ЦПУ^(CPU) инструкције раде само у режиму језгра, тако да ако процес треба да користи те функције, мора да буде повишен.

Ако имате проблема са Плавим екраном^{(Blue Screen)} смрти , обавезно прочитајте наш Водич за решавање проблема са Плавим екраном смрти за Виндовс ^{(Blue Screen of Death Troubleshooting Guide for Windows 10)}10^(Death) !

What Is User Mode vs Kernel Mode in Windows

Yоu maу have heard about аpplications running in “kernel” or “user” mоde. It’s аll down to how operating systems work when they do their jobs. Once you understand that, it’s easy to grasp the differencе between user mode 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

• Како омогућити тамни режим у оперативном систему Виндовс 11

• Како инсталирати Виндовс 11 са локалним налогом

• 6 начина да се одјавите са Виндовс 11 -

• Како покренути Виндовс 11 у безбедном режиму (8 начина) -

• 5 начина да креирате и додате новог корисника у Виндовс 11 -

• Поправи Рачунар мора да подржава грешку ТПМ 2.0 док инсталирате Виндовс 11

• Како да поправите Виндовс 11 режим спавања који не ради

• Како прећи на локални налог за Виндовс 11 са Мицрософтовог

• Омогућите или онемогућите Ви-Фи и Етхернет адаптер на Виндовс 11

• Чипсети и матичне плоче које подржавају Виндовс 11 оперативни систем

• Како инсталирати Виндовс 11 користећи Хипер-В у оперативном систему Виндовс

• Како омогућити или онемогућити Снап Лаиоутс у оперативном систему Виндовс 11

• Цхецкит Тоол ће вам рећи зашто ваш рачунар не подржава Виндовс 11

• Уређивачи контекстног менија: додавање, уклањање ставки контекстног менија у оперативном систему Виндовс 11

• Како се одјавити са налога е-поште у апликацији Маил у оперативном систему Виндовс 11

• 7 начина да закључате Виндовс 11 рачунар -

• Овај рачунар не може да покрене Виндовс 11 - Поправите то!

• Како да промените администратора на Виндовс 11: 5 начина -

• Како омогућити или онемогућити контролу корисничког налога у оперативном систему Виндовс 11

• Како инсталирати Виндовс подсистем за Линук на Виндовс 11