扫盲回帖系列之2——操作系统的疑问

原始提问帖见http://bbs.youkuaiyun.com/topics/390919849。摘录如下：

linux系统中，进程的地址空间分成两部分：用户空间和内核空间。内核空间从3G-4G（虚拟地址）所有的进程的内核空间都是共享的，那么我的疑问是内核空间里面到底是一些什么东西，我们所说的操作系统又在哪里，操作系统难道不也是一个进程吗？

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回答如下：

        我对Linux内核不是很了解，但一些基本概念还是有的：
        1、首先要界定内核和操作系统。内核虽然是操作系统的核心，但一般一个实际可用的操作系统并不只包含内核，比如至少要包含Shell。
        2、操作系统的基本任务是为应用程序提供服务。这个服务是有层次的。
                   最低级层次是面向内核空间运行的驱动开发的，提供的是内核级系统调用。
                   面向应用程序最低级的系统调用一般通过陷入指令（如软中断）实现。C语言的库函数会对这些系统调用做一个初级包装。
                   其它语言的开发环境（比如脚本语言：Shell，TCL，Perl……）一般都是在C/C++工具基础上开发的。
         3、既然理解了操作系统作为服务提供者这一角色的认知，那么就不难回答操作系统是否是一个进程的问题了。
                   1）、创建新的进程本身就是操作系统提供的一个比较重要的服务。
                   2）、笼统来说操作系统本身是包含进程的，比如Init进程。
         4、最后回答3GB-4GB内核空间的问题。因为作为操作系统核心的内核出于保护的需要，需要在保护的虚拟地址空间运行，32位LInux下这个空间就是3GB-4GB地址范围。每个应用程序包括前面提到的作为广义操作系统一部分的Init进程用户态部分，运行在自己的私有0-3GB用户地址空间。用户态部分需要操作系统的内核服务，必须通过前面提到的规范入口（如陷入指令、软中断）在当前进程环境（Context）下切换到内核状态执行内核代码、访问内核数据，然后返回到应用程序（进程）的用户态部分继续执行。实际上内核的主体基本上是由一些函数组成，供应用程序（进程）来调用（即触发执行）。当然作为服务多个并发应用（进程）的操作系统，也会运行一些非当前应用（进程）请求服务之外的管理事务，比如响应中断（如时钟中断，I/O中断等）、任务调度等。虽然内核也可能在内核空间创建一些内核线程/进程来执行一些后台服务，比如内存管理（如工作集管理）等。