¿Cuál es la diferencia entre el modo kernel y el modo de usuario en Windows?

Un procesador ejecuta programas en modo de usuario o en modo kernel. Y a medida que usa su PC, su procesador cambia regularmente entre los dos dependiendo de lo que esté haciendo. Pero, ¿qué es el modo de usuario y el modo de kernel, y cuál es la diferencia entre los dos?

Veamos cuáles son estos modos y por qué una CPU necesita cambiar entre estos modos.

¿Qué es el "modo de usuario" en Windows?

Cuando inicia un programa en Windows, se inicia en modo de usuario. Siempre que un programa en modo de usuario desea ejecutarse, Windows crea un proceso para él. Un proceso es simplemente un programa que está ejecutando un procesador o uno que Windows ha programado para ejecutarse. Y siempre que Windows crea un proceso, también crea un espacio de direcciones virtual para ese proceso.

A espacio de direcciones virtual es la colección de direcciones lógicas (no físicas) que Windows asigna a un proceso. Los procesos pueden utilizar estas direcciones para almacenar datos en la memoria física.

Además, los espacios de direcciones virtuales están aislados. Por lo tanto, el espacio de direcciones virtual de un proceso no interfiere con el espacio de direcciones de otro proceso. Y debido a que los programas en modo de usuario tienen espacios de direcciones separados, si un programa falla, falla solo y no elimina otros programas o todo el sistema operativo con él.

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Otra forma de describir las aplicaciones en modo de usuario es utilizar el término "menos privilegiados". Windows impide que las aplicaciones en modo de usuario accedan directamente a los recursos críticos del sistema, lo que las hace menos privilegiadas. Por ejemplo, si una aplicación desea acceder al hardware, debe pasar por el kernel del sistema operativo mediante llamadas al sistema.

En pocas palabras, los programas de aplicación como los videojuegos se ejecutan en modo de usuario. Tienen menos privilegios, por lo que no tienen acceso ilimitado a los recursos del sistema. Cada aplicación en modo de usuario tiene su propio espacio de direcciones. Una aplicación no puede cambiar el espacio de direcciones de otra aplicación. En consecuencia, si una aplicación falla, no afecta a otros programas que se ejecutan en la computadora.

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¿Qué es el "modo kernel" en Windows?

Antes de discutir el modo Kernel, primero tenemos que ver qué es un "kernel" y cómo funciona con Windows.

El kernel es el cerebro de un sistema operativo. Es el componente de software central del que dependen todos los demás componentes del sistema operativo. El kernel administra el hardware de la computadora, programa qué procesos se ejecutan en la computadora y cuándo, y maneja las interacciones entre el hardware y el software de la aplicación.

En resumen, el kernel es la pieza de código más privilegiada que se ejecuta en el sistema. Eso es porque es el código que interactúa directamente con el hardware. Todos los demás programas que quieran utilizar los recursos de hardware deben solicitar acceso a través del kernel.

Cuando un programa de aplicación se ejecuta en modo de usuario y desea acceder a hardware como la cámara web, debe solicitar el kernel mediante una llamada al sistema. Para atender estas solicitudes, la CPU, en el momento de la ejecución del programa, cambia del modo de usuario al modo de núcleo.

Una vez que se completa la ejecución de un proceso, la CPU vuelve al modo de usuario y comienza a ejecutar el siguiente proceso programado. Esto se llama "Cambio de contexto".

¿Cuál es la diferencia entre el modo de usuario y el modo de kernel?

La diferencia clave entre el modo de usuario y el modo de kernel es el nivel de privilegio que ofrece cada modo. En el modo de usuario, las aplicaciones tienen menos privilegios. No tienen acceso directo a los recursos de hardware y tampoco pueden escribir en los espacios de direcciones de otras aplicaciones.

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El código que se ejecuta en modo Kernel tiene privilegios elevados. No solo tiene acceso directo al hardware de la computadora, sino que todos los programas que se ejecutan en modo Kernel, incluido el sistema operativo, también comparten un espacio de direcciones. Entonces, si un programa en El modo kernel se bloquea, puede acabar con todo el sistema operativo. Para garantizar que no se produzcan estos fallos, Windows solo permite que algunos procesos se ejecuten en modo Kernel.

Windows adopta un enfoque en capas para separar los programas de usuario de los recursos del sistema

Windows usa un modelo en capas para determinar el nivel de privilegio de los procesos. Las aplicaciones que residen en la capa más externa son las que tienen el privilegio de arrendamiento. En el núcleo de estas capas está el núcleo. Como consecuencia, el kernel tiene acceso ilimitado a los recursos del sistema operativo.

El enfoque en capas también protege la funcionalidad vital del sistema operativo. Cuando los programas de la capa superior se bloquean de forma aleatoria, no afecta al sistema operativo. Por otro lado, cuando el kernel falla, todo el sistema operativo se cae.

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