Možda ste čuli za aplikacije koje se izvode u "kernel" ili "korisničkom" načinu rada. Sve se svodi na to kako operativni sustavi rade kada rade svoj posao. Kada to shvatite, lako je shvatiti razliku između korisničkog načina rada i načina rada jezgre.

Razumijevanje onoga što operativni sustav radi^(Does)

Računalo se sastoji od hardvera, elektroničkih komponenti i softvera, računalnog koda koji izvršava taj hardver. Ali ono što je možda manje jasno je kako rade zajedno.

Najvažniji element računala je bit ili „binarna znamenka. ” Sve što^{(” Everything)} radi računalo predstavljeno je kao jedinice i nule. Različite^(Different) komponente računala predstavljaju bitove na različite načine. U CPU -u , mikroskopski tranzistori predstavljaju jedinice i nule tako što su uključeni ili isključeni. Ti tranzistori su raspoređeni u logičke strukture, nazvane logička vrata.

U memoriji elektroničkog računala bitovi su predstavljeni memorijskim ćelijama koje imaju naboj iznad ili ispod određenog praga. Na mehaničkom tvrdom disku bitovi su predstavljeni kao magnetske fluktuacije mjerene na ploči koja se vrti. Na optičkim diskovima, jame i zemlje koje reflektiraju ili ne reflektiraju lasersko svjetlo rade isti posao. 

Bez obzira na to kako se postiže fizički prikaz binarnog koda, na kraju možete svesti sve komponente računala potrošača na ovaj sirovi strojni kod.

Dakle, kako prijeći od sučelja prilagođenog ljudima na računalu do sirovih procesa niske razine u samom računalu? Tu dolazi operativni sustav. On izravno kontrolira hardver računala. 

Ovaj softver prevodi sve što aplikacije (a samim tim i korisnik) žele u upute strojnog koda koje razumiju CPU i druge komponente. Najkritičniji dio softvera u ovom procesu je kernel.

Što je kernel?

Kernel je, kao što ime govori, jezgra operacijskog sustava. Kernel je softver koji se nalazi u RAM- u i usmjerava sve što računalo radi. Kada se nešto zapiše u memoriju, kernel je ta koja usmjerava izvršenje.

Kernel zna kako se sučeljavati s hardverom kao što su GPU-ovi^(GPUs) i mrežne kartice, ali možda neće znati kako ih koristiti do punog potencijala, oslanjajući se na generičke standarde u računalnoj industriji.

Ovdje dolaze u obzir hardverski drajveri. Upravljački programi govore vašem operativnom sustavu kako raditi s određenim komponentama, zbog čega su vam potrebni različiti drajveri za Nvidia i AMD GPU^{(AMD GPUs)} , na primjer.

Opremljen pravim upravljačkim programima, kernel je ultimativni autoritet unutar računala, uključujući radnje koje mogu katastrofalno uništiti podatke.

Uloga aplikacijskih ^(Role)programskih^{(Application Programming Interfaces)} sučelja ( API^(APIs) )

U danima MS-DOS-a^(MS-DOS) , programeri softvera morali su pisati svoj softver posebno za hardver korisnika. Najozloglašeniji primjer ovoga na MS-DOS sustavima bili su upravljački programi zvučnih kartica.

Određena video igra morala bi podržavati najpopularnije kartice ( Sound Blaster , Ad-lib , Gravis Ultrasound , itd.) i nadati se da je većina igrača pokrivena. Danas stvari rade sasvim drugačije, zahvaljujući API-jima^(APIs) .

Microsoft DirectX je izvrstan primjer. Ako želite detaljno objašnjenje, pogledajte Što je DirectX i zašto je važan? ^{(What Is DirectX and Why Is It Important?)}Međutim, najvažnije je znati da API nudi standardni način na koji programeri softvera traže hardverske resurse od komponenti poput GPU -a . Osim toga, proizvođači hardvera moraju samo osigurati da su njihovi proizvodi usklađeni s DirectX -om kako bi osigurali potpunu kompatibilnost s bilo kojim softverom koji je također usklađen.

API-ji^(APIs) nude sloj prijevoda između softverskih aplikacija i kernela niske razine sa svojim hardverskim upravljačkim programima. Da, ovo dolazi s malom kaznom izvedbe. Ipak, na modernim računalima to je zanemarivo, a dolazi s nizom prednosti, gdje konačno dolazimo do korisničkog načina rada i načina rada jezgre.

Korisnički način u odnosu na kernel način

Moderni operativni sustavi pokreću stotine ili tisuće "procesa" istovremeno, dinamički im dajući CPU vrijeme prema potrebi na temelju njihovih prioriteta i zahtjeva za računskom snagom.

Kada pokrenete aplikaciju, ona generira procese, a CPU ih može izvršiti u korisničkom ili kernel načinu.

Windows proces koji se izvodi u korisničkom načinu ima pristup samo svom privatnom adresnom prostoru virtualne memorije i tablici rukovanja. Softver koristi ove tablice za pohranu podataka u RAM i traženje resursa. Nema izravnog pristupa memoriji ili drugom hardveru, a na operacijskom je sustavu da preslika te virtualne prostore na stvarni hardver računala.

To je dobro iz mnogo razloga, ali najvažnija prednost je ta što aplikacija ne može prepisati ili mijenjati podatke izvan svog adresnog prostora virtualne memorije. Osim toga, određene funkcije su zabranjene za procese u korisničkom načinu rada, uglavnom one koji bi mogli srušiti sustav ili uništiti podatke.

Kada se proces pokrene ili je podignut na način rada jezgre, ima puni pristup resursima sustava, čak i onima koji su rezervirani za operativni sustav. Dakle, u teoriji, to bi moglo prebrisati ključne podatke koje operacijski sustav treba da radi ispravno.

Zamke i iznimke

Važno je razumjeti da se ova dva načina rada na hardverskoj razini provodi sam CPU . Ako aplikacija koja radi u korisničkom načinu pokušava učiniti nešto što zahtijeva pristup u načinu rada jezgre, generira "zamku" ili "iznimku". Operativni sustav će se tada pozabaviti aplikacijom, obično tako što će je isključiti i generirati zapisnik o padu kako bi programeri mogli vidjeti što se dogodilo u memoriji kada su stvari krenule izvan tračnica.

Opasnosti ^(Dangers)kernel^{(Kernel Mode)} moda : Plavi ^(Death)ekran^{(Blue Screen)} smrti _

Ako ste ikada doživjeli Plavi ekran ^{(Blue Screen)}smrti^(Death) ( tko nije?) koji je prisilio vaše računalo da se isključi ili ponovno pokrene, postoji velika šansa da je kriv proces u načinu rada jezgre.

Kada proces u kernel modu učini nešto što ne bi trebao, operativni sustav se ne može oporaviti od toga i cijelo računalo se zaustavlja. Kada proces u korisničkom načinu rada krene naopako, samo se aplikacija ruši, a ostatak softvera i operativni sustav mogu se nastaviti bez ikakvih problema.

Ovo je jedno područje u kojem API-ji^(APIs) igraju bitnu ulogu budući da API traži privilegije u načinu rada jezgre. Aplikacije u korisničkom načinu rada u biti delegiraju zahtjeve koji bi zahtijevali privilegije načina rada jezgre na API .

To je razlog zašto je kernel-mode obično dodijeljen samo sistemskim procesima niske razine koji trebaju izravno pristupiti hardveru računala. Obično se ova privilegija proširuje na proces jer treba više performansi nego što može pružiti korisnički način. Neke CPU upute rade samo u kernel modu, pa ako proces treba koristiti te funkcije, mora biti povišen.

Ako imate problema s Plavim zaslonom^{(Blue Screen)} smrti , svakako pročitajte naš Vodič za rješavanje problema Plavog ekrana smrti za Windows ^{(Blue Screen of Death Troubleshooting Guide for Windows 10)}10^(Death) !

What Is User Mode vs Kernel Mode in Windows

You may have heard about applications running in “kernel” or “user” mode. It’s all down to how operating systеms work when they do their jobs. Oncе you understand that, it’s еasy to grasp the difference between υser 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

• Kako omogućiti tamni način rada u sustavu Windows 11

• Kako instalirati Windows 11 s lokalnim računom

• 6 načina za odjavu iz sustava Windows 11 -

• Kako pokrenuti Windows 11 u sigurnom načinu rada (8 načina) -

• 5 načina za stvaranje i dodavanje novog korisnika u sustavu Windows 11 -

• Kako podesiti svjetlinu web kamere u sustavu Windows 11

• 7 načina za promjenu korisnika u sustavu Windows 11 -

• Čipseti i matične ploče koje podržavaju Windows 11 operativni sustav

• Kako promijeniti temu u Microsoft Teams na Windows 11

• Kako otvoriti Windows alate u sustavu Windows 11

• Kliknite ovdje da biste unijeli svoju najnoviju poruku s vjerodajnicama u sustavu Windows 11

• Prikaži ili sakrij ikone u području preljeva kuta trake zadataka u sustavu Windows 11

• Ovo računalo ne može pokrenuti Windows 11 - popravite!

• Kako sakriti značke na ikonama trake zadataka u sustavu Windows 11

• Kako instalirati Windows 11 pomoću Hyper-V u sustavu Windows

• Kako instalirati Windows podsustav za Linux na Windows 11

• Kako funkcija dinamičke brzine osvježavanja radi u sustavu Windows 11

• Kako omogućiti ili onemogućiti Snap Layouts u sustavu Windows 11

• Kako promijeniti veličinu trake zadataka u sustavu Windows 11

• Kako popraviti da Windows 11 način mirovanja ne radi