ความแตกต่างระหว่างโหมดเคอร์เนลและโหมดผู้ใช้ใน Windows

โปรเซสเซอร์รันโปรแกรมในโหมดผู้ใช้หรือโหมดเคอร์เนล เมื่อคุณใช้พีซี โปรเซสเซอร์จะสลับระหว่างโหมดทั้งสองประเภทนี้บ่อยครั้ง ขึ้นอยู่กับว่ากำลังทำอะไรอยู่ แต่โหมดผู้ใช้และโหมดเคอร์เนลคืออะไร? ความแตกต่างระหว่างสองโหมดนี้คืออะไร? เหตุใดCPUจึงต้องสลับระหว่างโหมดเหล่านี้

โหมดผู้ใช้ใน Windows คืออะไร?

โหมดผู้ใช้ใน Windows

เมื่อคุณเริ่มโปรแกรมบน Windows โปรแกรมนั้นจะเปิดตัวในโหมดผู้ใช้ เมื่อใดก็ตามที่โปรแกรมในโหมดผู้ใช้ต้องการทำงาน Windows จะสร้างกระบวนการขึ้นมา กระบวนการเป็นเพียงโปรแกรมที่โปรเซสเซอร์กำลังดำเนินการหรือโปรแกรมที่ Windows กำหนดเวลาให้ดำเนินการ และเมื่อใดก็ตามที่ Windows สร้างกระบวนการ ก็จะสร้างพื้นที่ที่อยู่เสมือนสำหรับกระบวนการนั้นด้วย

พื้นที่ที่อยู่เสมือนคือชุดของที่อยู่แบบลอจิคัล (ไม่ใช่ทางกายภาพ) ที่ Windows กำหนดให้กับกระบวนการ กระบวนการสามารถใช้ที่อยู่เหล่านี้เพื่อจัดเก็บข้อมูลในหน่วยความจำกายภาพ

นอกจากนี้ พื้นที่ที่อยู่เสมือนจะถูกแยกออก ดังนั้น พื้นที่ที่อยู่เสมือนของกระบวนการหนึ่งไม่รบกวนพื้นที่ที่อยู่ของกระบวนการอื่น และเนื่องจากโปรแกรมในโหมดผู้ใช้มีพื้นที่ที่อยู่แยกกัน หากโปรแกรมใดโปรแกรมหนึ่งขัดข้อง โปรแกรมนั้นจะเสียหายเพียงอย่างเดียวและไม่ส่งผลกระทบต่อโปรแกรมอื่น ๆ หรือระบบปฏิบัติการทั้งหมดด้วยผลกระทบนั่นเอง

อีกวิธีหนึ่งในการอธิบายแอปพลิเคชันโหมดผู้ใช้คือการใช้คำว่า "มีสิทธิ์น้อยกว่า" Windows จำกัดแอปพลิเคชันโหมดผู้ใช้ไม่ให้เข้าถึงทรัพยากรระบบที่สำคัญโดยตรง ซึ่งจะทำให้ได้รับสิทธิพิเศษน้อยลง ตัวอย่างเช่น หากแอปพลิเคชันต้องการเข้าถึงฮาร์ดแวร์ จะต้องผ่านเคอร์เนล OS โดยใช้การเรียกของระบบ (รูปแบบการเขียนโปรแกรมที่โปรแกรมคอมพิวเตอร์ร้องขอบริการจากเคอร์เนลของระบบปฏิบัติการ) มันถูกดำเนินการ)

พูดง่ายๆ ก็คือ โปรแกรมแอปพลิเคชัน เช่น วิดีโอเกม ทำงานในโหมดผู้ใช้ พวกเขามีสิทธิ์เพียงเล็กน้อย ดังนั้นจึงไม่มีข้อจำกัดในการเข้าถึงทรัพยากรระบบ แอปพลิเคชันโหมดผู้ใช้แต่ละรายการมีพื้นที่ที่อยู่ของตัวเอง แอปพลิเคชันไม่สามารถเปลี่ยนพื้นที่ที่อยู่ของแอปพลิเคชันอื่นได้ ดังนั้นหากแอปพลิเคชันตัวหนึ่งขัดข้อง จะไม่ส่งผลกระทบต่อโปรแกรมอื่นที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์

โหมดเคอร์เนลใน Windows คืออะไร?

โหมดเคอร์เนลใน Windows

ก่อนที่จะพูดถึงโหมดเคอร์เนล เราต้องรู้ก่อนว่า "เคอร์เนล" คืออะไร และมันทำงานร่วมกับ Windows อย่างไร

เคอร์เนลเป็นสมองของระบบปฏิบัติการ เป็นส่วนประกอบซอฟต์แวร์หลักที่ส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดภายในระบบปฏิบัติการต้องพึ่งพา เคอร์เนลจัดการฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ กำหนดเวลาการทำงานบนคอมพิวเตอร์ และจัดการการโต้ตอบระหว่างฮาร์ดแวร์และแอพพลิเคชั่นซอฟต์แวร์

กล่าวโดยสรุป เคอร์เนลเป็นโค้ดที่มีสิทธิพิเศษมากที่สุดที่ทำงานบนระบบ เนื่องจากเป็นโค้ดที่โต้ตอบโดยตรงกับฮาร์ดแวร์ โปรแกรมอื่นใดที่ต้องการใช้ทรัพยากรฮาร์ดแวร์จะต้องร้องขอการเข้าถึงผ่านเคอร์เนล

เมื่อแอพพลิเคชั่นโปรแกรมทำงานในโหมดผู้ใช้และต้องการเข้าถึงฮาร์ดแวร์ เช่น เว็บแคม โปรแกรมจะต้องขอเคอร์เนลโดยใช้การเรียกของระบบ เพื่อให้บริการตามคำขอเหล่านี้ CPU จะเปลี่ยนจากโหมดผู้ใช้เป็นโหมดเคอร์เนลในขณะที่เรียกใช้โปรแกรม

เมื่อการดำเนินการเสร็จสิ้น CPU จะเปลี่ยนกลับไปเป็นโหมดผู้ใช้ และเริ่มดำเนินการกระบวนการตามกำหนดเวลาถัดไป สิ่งนี้เรียกว่า“ การสลับบริบท”

ความแตกต่างระหว่างโหมดผู้ใช้และโหมดเคอร์เนลคืออะไร?

ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างโหมดผู้ใช้และโหมดเคอร์เนลคือระดับสิทธิ์ที่แต่ละโหมดมอบให้ ในโหมดผู้ใช้ แอปพลิเคชันจะมีสิทธิ์น้อยลง พวกเขาไม่สามารถเข้าถึงทรัพยากรฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง และไม่สามารถเขียนลงพื้นที่ที่อยู่ของแอปพลิเคชันอื่นได้

รหัสที่ทำงานในโหมดเคอร์เนลมีสิทธิ์ระดับสูง ไม่เพียงแต่สามารถเข้าถึงฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ได้โดยตรง แต่โปรแกรมทั้งหมดที่ทำงานในโหมดเคอร์เนล รวมถึงระบบปฏิบัติการ ยังแชร์พื้นที่ที่อยู่อีกด้วย ดังนั้นหากโปรแกรมในโหมดเคอร์เนลล่มก็อาจทำให้ระบบปฏิบัติการทั้งหมดล่มได้ เพื่อให้แน่ใจว่าปัญหาดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้น Windows อนุญาตให้บางกระบวนการทำงานในโหมดเคอร์เนลเท่านั้น

Windows ใช้วิธีการแบบเป็นชั้นเพื่อแยกโปรแกรมผู้ใช้ออกจากทรัพยากรระบบ

Windows ใช้แบบจำลองแบบเลเยอร์เพื่อกำหนดระดับสิทธิ์ของกระบวนการ แอปพลิเคชันที่อยู่ชั้นนอกสุดคือแอปพลิเคชันที่ได้รับสิทธิพิเศษในการเช่า แกนกลางของเลเยอร์เหล่านี้คือเคอร์เนล ดังนั้นเคอร์เนลจึงสามารถเข้าถึงทรัพยากรระบบปฏิบัติการได้ไม่จำกัด

วิธีการแบบแบ่งชั้นยังช่วยปกป้องฟังก์ชันการทำงานของระบบปฏิบัติการที่สำคัญอีกด้วย เมื่อโปรแกรมในเลเยอร์บนสุ่มล่ม จะไม่ส่งผลกระทบต่อระบบปฏิบัติการ ในทางกลับกัน เมื่อเคอร์เนลล่ม ระบบปฏิบัติการทั้งหมดจะได้รับผลกระทบ