U hebt misschien gehoord over toepassingen die in de modus "kernel" of "gebruiker" worden uitgevoerd. Het komt allemaal neer op hoe besturingssystemen werken wanneer ze hun werk doen. Als je dat eenmaal begrijpt, is het gemakkelijk om het verschil tussen gebruikersmodus en kernelmodus te begrijpen.

Begrijpen wat een besturingssysteem doet^(Does)

Een computer bestaat uit hardware, de elektronische componenten en software, de computercode die door die hardware wordt uitgevoerd. Maar wat misschien minder duidelijk is, is hoe ze samenwerken.

Het meest essentiële element van een computer is de bit of het 'binaire cijfer'. Alles wat^{(” Everything)} een computer doet, wordt weergegeven als enen en nullen. Verschillende^(Different) computercomponenten vertegenwoordigen bits op verschillende manieren. In een CPU vertegenwoordigen microscopisch kleine transistors enen en nullen door aan of uit te staan. Die transistors zijn gerangschikt in logische structuren, logische poorten genoemd.

In elektronisch computergeheugen worden bits weergegeven door geheugencellen met een lading boven of onder een bepaalde drempel. Op een mechanische harde schijf worden bits weergegeven als magnetische fluctuaties gemeten op een draaiende plaat. Op optische schijven doen putjes en landjes die wel of niet laserlicht reflecteren hetzelfde werk. 

Ongeacht hoe de fysieke weergave van binaire code wordt bereikt, u kunt uiteindelijk alle computercomponenten van de consument terugbrengen tot deze onbewerkte machinecode.

Dus hoe ga je van de mensvriendelijke interface van een computer naar de rauwe, low-level processen in de computer zelf? Dat is waar het besturingssysteem om de hoek komt kijken. Het bestuurt rechtstreeks de hardware van de computer. 

Deze software vertaalt alles wat applicaties (en dus de gebruiker) willen in de machinecode-instructies die de CPU en andere componenten begrijpen. Het meest kritische stukje software in dit proces is de kernel.

Wat is de kern?

De kernel is, zoals de naam al doet vermoeden, de kern van het besturingssysteem. De kernel is software die zich in het RAM bevindt en alles bestuurt wat de computer doet. Wanneer iets in het geheugen wordt geschreven, is het de kernel die de uitvoering aanstuurt.

De kernel weet hoe hij moet communiceren met hardware zoals GPU's en netwerkkaarten, maar hij weet misschien niet hoe hij deze optimaal moet gebruiken, omdat hij vertrouwt op generieke standaarden in de computerindustrie.

De hardwarestuurprogramma's komen hier in het spel. Drivers vertellen je besturingssysteem hoe je met specifieke componenten moet werken, daarom heb je verschillende drivers nodig voor bijvoorbeeld Nvidia en AMD GPU's .

Uitgerust met de juiste stuurprogramma's, is de kernel de ultieme autoriteit binnen de computer, inclusief het doen van dingen die catastrofale gegevens kunnen vernietigen.

De rol^(Role) van Application Programming Interfaces ( API's )

In de tijd van MS-DOS moesten softwareontwikkelaars hun software speciaal voor de hardware van de gebruiker schrijven. Het meest beruchte voorbeeld hiervan op MS-DOS- systemen waren stuurprogramma's voor geluidskaarten.

Een bepaald videospel zou de meest populaire kaarten moeten ondersteunen ( Sound Blaster , Ad-lib , Gravis Ultrasound , enz.) en hopen dat de meeste spelers gedekt waren. Tegenwoordig werken de dingen heel anders, dankzij API's .

Microsoft DirectX is een goed voorbeeld. Als je een diepgaande uitleg wilt, ga dan naar Wat is DirectX en waarom is het belangrijk? ^{(What Is DirectX and Why Is It Important?)}Het belangrijkste om te weten is echter dat de API een standaard manier biedt voor softwareontwikkelaars om hardwarebronnen op te vragen van componenten zoals de GPU . Bovendien moeten hardwarefabrikanten er alleen voor zorgen dat hun producten voldoen aan DirectX om volledige compatibiliteit met gelijkaardige compatibele software te garanderen.

API's bieden een vertaallaag tussen softwaretoepassingen en de low-level kernel met zijn hardwarestuurprogramma's. Ja, dit komt met een kleine prestatiestraf. Toch is dit op moderne computers verwaarloosbaar, en het heeft een aantal voordelen, en dat is waar we uiteindelijk uitkomen bij de gebruikersmodus en de kernelmodus.

Gebruikersmodus versus kernelmodus

Moderne besturingssystemen voeren honderden of duizenden "processen" tegelijkertijd uit, waardoor ze dynamisch CPU- tijd krijgen als dat nodig is op basis van hun prioriteiten en rekenkrachtvereisten.

Wanneer u een toepassing start, genereert deze processen en de CPU kan ze uitvoeren in gebruikersmodus of kernelmodus.

Een Windows -proces dat in de gebruikersmodus wordt uitgevoerd, heeft alleen toegang tot zijn eigen privéadresruimte voor virtueel geheugen en een handle-tabel. De software gebruikt deze tabellen om gegevens in RAM op te slaan en bronnen op te vragen. Er is geen directe toegang tot geheugen of andere hardware, en het is aan het besturingssysteem om die virtuele ruimtes toe te wijzen aan de daadwerkelijke hardware van de computer.

Dit is om vele redenen goed, maar het meest cruciale voordeel is dat de toepassing geen gegevens kan overschrijven of wijzigen buiten de adresruimte van het virtuele geheugen. Bovendien zijn bepaalde functies niet toegankelijk voor processen in de gebruikersmodus, voornamelijk processen die het systeem kunnen laten crashen of gegevens kunnen vernietigen.

Wanneer een proces wordt gestart of naar de kernelmodus wordt verheven, heeft het volledige toegang tot systeembronnen, zelfs die gereserveerd zijn voor het besturingssysteem. Dus in theorie zou het cruciale gegevens kunnen overschrijven die het besturingssysteem nodig heeft om correct te werken.

Vallen en uitzonderingen

Het is belangrijk om te begrijpen dat deze twee modi op hardwareniveau worden afgedwongen door de CPU zelf. Als een toepassing die in de gebruikersmodus draait iets probeert te doen waarvoor toegang in de kernelmodus vereist is, genereert het een "trap" of "uitzondering". Het besturingssysteem zal dan de toepassing afhandelen, meestal door deze af te sluiten en een crashlog te genereren, zodat de ontwikkelaars kunnen zien wat er in het geheugen gebeurde toen de zaken ontspoorden.

De gevaren^(Dangers) van kernelmodus^{(Kernel Mode)} : het blauwe scherm^{(Blue Screen)} van de dood^(Death)

Als je ooit een Blue Screen of Death hebt meegemaakt (wie niet?) die je computer dwong om uit te schakelen of opnieuw op te starten, is de kans groot dat het een proces in de kernelmodus was.

Wanneer een proces in de kernelmodus iets doet wat het niet zou moeten doen, kan het besturingssysteem er niet van herstellen en stopt de hele computer. Wanneer een gebruikersmodusproces in de war raakt, crasht alleen de applicatie en kan de rest van de software en het besturingssysteem zonder problemen doorgaan.

Dit is een gebied waar API's een essentiële rol spelen, omdat het de API is die om privileges in de kernelmodus vraagt. Toepassingen in gebruikersmodus delegeren in wezen verzoeken die privileges in de kernelmodus zouden hebben vereist aan de API .

Dit is de reden waarom kernel-modus meestal alleen wordt verleend aan systeemprocessen op laag niveau die rechtstreeks toegang moeten hebben tot de hardware van de computer. Gewoonlijk wordt dit recht uitgebreid tot een proces omdat het meer prestaties nodig heeft dan de gebruikersmodus kan bieden. Sommige CPU- instructies werken alleen in de kernelmodus, dus als een proces die functies moet gebruiken, moet het worden verhoogd.

Als je problemen hebt met Blue Screen of Death , lees dan zeker onze Blue Screen of Death-gids voor probleemoplossing voor Windows 10^{(Blue Screen of Death Troubleshooting Guide for Windows 10)} !

What Is User Mode vs Kernel Mode in Windows

You may haνe heard about applications running in “kernel” or “user” mode. It’s all down to how operating systems work when they dо their jobs. Once you understand that, it’s easy to grasp the differеnce between user mode and kernel mоde.

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

• Hoe de donkere modus in Windows 11 in te schakelen

• Hoe installeer ik Windows 11 met een lokaal account

• 6 manieren om uit te loggen bij Windows 11 -

• Windows 11 starten in de veilige modus (8 manieren) -

• 5 manieren om een ​​nieuwe gebruiker aan te maken en toe te voegen in Windows 11 -

• Hoe te repareren Windows 11 Slaapstand werkt niet

• 7 manieren om een ​​Windows 11-pc te vergrendelen -

• Hoe de beheerder op Windows 11 te wijzigen: 5 manieren -

• Gebruikersaccountbeheer in- of uitschakelen in Windows 11

• Windows 11 starten in de veilige modus

• Naar welke editie van Windows 11 wordt u geüpgraded?

• Windows 11 releasedatum, prijs, hardwarevereisten

• Hoe de meest gebruikte apps te tonen of te verbergen in het Startmenu op Windows 11

• Schakel Wi-Fi en Ethernet-adapter in of uit op Windows 11

• De helderheid van de webcam aanpassen in Windows 11

• Hoe Windows Tools te openen in Windows 11

• Overschakelen naar een lokaal Windows 11-account van een Microsoft-account

• Pictogrammen weergeven of verbergen in het overloopgebied van de taakbalkhoek op Windows 11

• Hoe de donkere modus in Windows 11 in te schakelen -

• Hoe werkt de functie Dynamic Refresh Rate in Windows 11