आपने "कर्नेल" या "उपयोगकर्ता" मोड में चल रहे अनुप्रयोगों के बारे में सुना होगा। जब वे अपना काम करते हैं तो ऑपरेटिंग सिस्टम कैसे काम करते हैं, यह सब नीचे है। एक बार जब आप इसे समझ लेते हैं, तो उपयोगकर्ता मोड और कर्नेल मोड के बीच अंतर को समझना आसान हो जाता है।

यह समझना कि एक ऑपरेटिंग सिस्टम क्या करता है^(Does)

एक कंप्यूटर में हार्डवेयर, इलेक्ट्रॉनिक घटक और सॉफ्टवेयर होते हैं, उस हार्डवेयर द्वारा निष्पादित कंप्यूटर कोड। लेकिन जो बात कम स्पष्ट हो सकती है वह यह है कि वे एक साथ कैसे काम करते हैं।

कंप्यूटर का सबसे आवश्यक तत्व बिट या "बाइनरी डिजिट" है। कंप्यूटर जो कुछ^{(” Everything)} भी करता है उसे इकाई और शून्य के रूप में दर्शाया जाता है। विभिन्न^(Different) कंप्यूटर घटक अलग-अलग तरीकों से बिट्स का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक सीपीयू^(CPU) में, सूक्ष्म ट्रांजिस्टर या तो चालू या बंद होने से एक और शून्य का प्रतिनिधित्व करते हैं। उन ट्रांजिस्टर को तार्किक संरचनाओं में व्यवस्थित किया जाता है, जिन्हें लॉजिक गेट कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर मेमोरी में, बिट्स को एक निश्चित सीमा से ऊपर या नीचे चार्ज वाले मेमोरी सेल द्वारा दर्शाया जाता है। एक यांत्रिक हार्ड ड्राइव पर, बिट्स को एक कताई प्लेट पर मापा गया चुंबकीय उतार-चढ़ाव के रूप में दर्शाया जाता है। ऑप्टिकल डिस्क पर, गड्ढे और भूमि जो लेजर प्रकाश को प्रतिबिंबित करती है या नहीं करती है, वही काम करती है। 

कोई फर्क नहीं पड़ता कि बाइनरी कोड का भौतिक प्रतिनिधित्व कैसे प्राप्त किया जाता है, आप अंततः सभी उपभोक्ता कंप्यूटर घटकों को इस कच्चे मशीन कोड में कम कर सकते हैं।

तो आप कंप्यूटर के मानव-अनुकूल इंटरफेस से कंप्यूटर में ही कच्ची, निम्न-स्तरीय प्रक्रियाओं तक कैसे जाते हैं? यहीं पर ऑपरेटिंग सिस्टम आता है। यह सीधे कंप्यूटर के हार्डवेयर को नियंत्रित करता है। 

यह सॉफ़्टवेयर उन सभी एप्लिकेशन (और इसलिए उपयोगकर्ता) को मशीन कोड निर्देशों में अनुवाद करता है जो सीपीयू^(CPU) और अन्य घटक समझते हैं। इस प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण सॉफ्टवेयर कर्नेल है।

कर्नेल क्या है?

कर्नेल, जैसा कि नाम से पता चलता है, ऑपरेटिंग सिस्टम का मूल है। कर्नेल एक सॉफ्टवेयर है जो रैम^(RAM) में रहता है और कंप्यूटर जो कुछ भी करता है उसे निर्देशित करता है। जब स्मृति में कुछ लिखा जाता है, तो यह कर्नेल है जो निष्पादन को निर्देशित करता है।

कर्नेल जानता है कि जीपीयू^(GPUs) और नेटवर्क कार्ड जैसे हार्डवेयर के साथ कैसे इंटरफेस करना है , लेकिन यह नहीं जानता कि कंप्यूटर उद्योग में सामान्य मानकों पर भरोसा करते हुए उन्हें अपनी पूरी क्षमता से कैसे संचालित किया जाए।

हार्डवेयर ड्राइवर यहां खेल में आते हैं। ड्राइवर आपके ऑपरेटिंग सिस्टम को बताते हैं कि विशिष्ट घटकों के साथ कैसे काम करना है, यही कारण है कि आपको एनवीडिया^(Nvidia) और एएमडी जीपीयू^{(AMD GPUs)} के लिए अलग-अलग ड्राइवरों की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए।

सही ड्राइवरों से लैस, कर्नेल कंप्यूटर के भीतर अंतिम अधिकार है, जिसमें ऐसे काम करना शामिल है जो डेटा को विनाशकारी रूप से नष्ट कर सकते हैं।

एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग^{(Application Programming Interfaces)} इंटरफेस की भूमिका^(Role) ( एपीआई^(APIs) )

MS-DOS के दिनों में , सॉफ़्टवेयर डेवलपर्स को अपना सॉफ़्टवेयर विशेष रूप से उपयोगकर्ता के हार्डवेयर के लिए लिखना पड़ता था। MS-DOS सिस्टम पर इसका सबसे कुख्यात उदाहरण साउंड कार्ड ड्राइवर थे।

किसी दिए गए वीडियो गेम को सबसे लोकप्रिय कार्ड ( साउंड ब्लास्टर^{(Sound Blaster)} , एड-लिब^(Ad-lib) , ग्रेविस अल्ट्रासाउंड^{(Gravis Ultrasound)} , आदि) का समर्थन करना होगा और आशा है कि अधिकांश खिलाड़ी कवर किए गए थे। आज, चीजें बहुत अलग तरह से काम करती हैं, एपीआई^(APIs) के लिए धन्यवाद ।

Microsoft DirectX एक बेहतरीन उदाहरण है। यदि आप गहराई से स्पष्टीकरण चाहते हैं, तो देखें कि DirectX क्या है और यह महत्वपूर्ण क्यों है? ^{(What Is DirectX and Why Is It Important?)}हालांकि, सबसे महत्वपूर्ण बात यह जानना है कि एपीआई सॉफ्टवेयर डेवलपर्स के लिए ^(API)GPU जैसे घटकों से हार्डवेयर संसाधनों के लिए पूछने के लिए एक मानक तरीका प्रदान करता है । इसके अतिरिक्त, हार्डवेयर निर्माताओं को केवल यह सुनिश्चित करना चाहिए कि उनके उत्पाद DirectX का अनुपालन करते हैं ताकि किसी भी समान रूप से संगत सॉफ़्टवेयर के साथ पूर्ण संगतता सुनिश्चित हो सके।

एपीआई^(APIs) अपने हार्डवेयर ड्राइवरों के साथ सॉफ्टवेयर अनुप्रयोगों और निम्न-स्तरीय कर्नेल के बीच अनुवाद की एक परत प्रदान करते हैं। हां, यह थोड़ा प्रदर्शन दंड के साथ आता है। फिर भी, आधुनिक कंप्यूटरों पर, यह नगण्य है, और यह कई प्रकार के लाभों के साथ आता है, जहां हम अंत में उपयोगकर्ता मोड और कर्नेल मोड में आते हैं।

उपयोगकर्ता मोड बनाम कर्नेल मोड

आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम सैकड़ों या हजारों "प्रक्रियाओं" को एक साथ चलाते हैं, गतिशील रूप से उन्हें उनकी प्राथमिकताओं और गणना शक्ति आवश्यकताओं के आधार पर आवश्यकतानुसार CPU समय देते हैं।^(CPU)

जब आप कोई एप्लिकेशन लॉन्च करते हैं, तो यह प्रक्रियाएं उत्पन्न करता है, और सीपीयू^(CPU) उन्हें उपयोगकर्ता मोड या कर्नेल मोड में निष्पादित कर सकता है।

उपयोगकर्ता मोड में चलने वाली एक विंडोज़^(Windows) प्रक्रिया के पास केवल अपने निजी वर्चुअल मेमोरी एड्रेस स्पेस और हैंडल टेबल तक पहुंच होती है। सॉफ्टवेयर इन तालिकाओं का उपयोग रैम^(RAM) में डेटा स्टोर करने और संसाधनों का अनुरोध करने के लिए करता है। मेमोरी या अन्य हार्डवेयर तक कोई सीधी पहुंच नहीं है, और यह ऑपरेटिंग सिस्टम पर निर्भर करता है कि वह वर्चुअल स्पेस को कंप्यूटर के वास्तविक हार्डवेयर से मैप करे।

यह कई कारणों से अच्छा है, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण लाभ यह है कि एप्लिकेशन अपने वर्चुअल मेमोरी एड्रेस स्पेस के बाहर डेटा को अधिलेखित या परिवर्तित नहीं कर सकता है। इसके अलावा, कुछ फ़ंक्शन उपयोगकर्ता-मोड प्रक्रियाओं के लिए ऑफ-लिमिट हैं, मुख्य रूप से वे जो सिस्टम को क्रैश कर सकते हैं या डेटा को नष्ट कर सकते हैं।

जब कोई प्रक्रिया लॉन्च होती है या कर्नेल मोड में बढ़ जाती है, तो उसके पास सिस्टम संसाधनों तक पूरी पहुंच होती है, यहां तक ​​कि ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए आरक्षित संसाधनों तक भी। इसलिए, सिद्धांत रूप में, यह महत्वपूर्ण डेटा को अधिलेखित कर सकता है जिसे ऑपरेटिंग सिस्टम को ठीक से चलाने की आवश्यकता है।

जाल और अपवाद

यह समझना महत्वपूर्ण है कि ये दो मोड सीपीयू^(CPU) द्वारा ही हार्डवेयर स्तर पर लागू किए जाते हैं। यदि उपयोगकर्ता मोड में चल रहा कोई एप्लिकेशन कुछ ऐसा करने का प्रयास करता है जिसके लिए कर्नेल-मोड एक्सेस की आवश्यकता होती है, तो यह "ट्रैप" या "अपवाद" उत्पन्न करता है। ऑपरेटिंग सिस्टम तब एप्लिकेशन से निपटेगा, आमतौर पर इसे बंद करके और क्रैश लॉग उत्पन्न करके ताकि डेवलपर्स देख सकें कि जब चीजें पटरी से उतर गईं तो मेमोरी में क्या हुआ।

कर्नेल मोड^{(Kernel Mode)} के खतरे^(Dangers) : मौत^(Death) की नीली स्क्रीन^{(Blue Screen)}

यदि आपने कभी ब्लू स्क्रीन^{(Blue Screen)} ऑफ़ डेथ^(Death) का अनुभव किया है (जिसने नहीं किया है?) जिसने आपके कंप्यूटर को स्विच ऑफ या रीस्टार्ट करने के लिए मजबूर किया है, तो एक अच्छा मौका है कि यह कर्नेल-मोड प्रक्रिया को दोष देने के लिए था।

जब कर्नेल मोड में एक प्रक्रिया कुछ ऐसा करती है जो उसे नहीं करनी चाहिए, तो ऑपरेटिंग सिस्टम इससे उबर नहीं सकता है, और पूरा कंप्यूटर रुक जाता है। जब एक उपयोगकर्ता-मोड प्रक्रिया खराब हो जाती है, तो केवल एप्लिकेशन क्रैश हो जाता है, और शेष सॉफ़्टवेयर और ऑपरेटिंग सिस्टम बिना किसी समस्या के चल सकता है।

यह एक ऐसा क्षेत्र है जहां एपीआई^(APIs) एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं क्योंकि यह एपीआई^(API) कर्नेल-मोड विशेषाधिकारों के लिए पूछ रहा है। उपयोक्ता-मोड अनुप्रयोग अनिवार्य रूप से उन अनुरोधों को प्रत्यायोजित करते हैं जिनके लिए एपीआई^(API) को कर्नेल-मोड विशेषाधिकारों की आवश्यकता होती ।

यही कारण है कि कर्नेल-मोड आमतौर पर केवल निम्न-स्तरीय सिस्टम प्रक्रियाओं को दिया जाता है जिन्हें सीधे कंप्यूटर के हार्डवेयर तक पहुंचने की आवश्यकता होती है। आमतौर पर, इस विशेषाधिकार को एक प्रक्रिया तक बढ़ा दिया जाता है क्योंकि इसे उपयोगकर्ता मोड की तुलना में अधिक प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। कुछ सीपीयू^(CPU) निर्देश केवल कर्नेल मोड में काम करते हैं, इसलिए यदि किसी प्रक्रिया को उन कार्यों का उपयोग करने की आवश्यकता है, तो इसे ऊंचा करना होगा।

यदि आप मौत की ब्लू स्क्रीन से परेशान हैं , ^(Death)तो ^{(Blue Screen)}विंडोज 10 के लिए हमारी ब्लू स्क्रीन ऑफ डेथ ट्रबलशूटिंग गाइड^{(Blue Screen of Death Troubleshooting Guide for Windows 10)} पढ़ना सुनिश्चित करें !

What Is User Mode vs Kernel Mode in Windows

Yoυ may have heard about applicаtions running in “kernel” or “user” mode. It’s all down to how operating systems work when they do their jobs. Once you undеrstand that, it’s easy to grаsp the difference between user 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

• विंडोज 11 में डार्क मोड कैसे इनेबल करें

• स्थानीय खाते के साथ विंडोज 11 कैसे स्थापित करें

• विंडोज 11 से साइन आउट करने के 6 तरीके -

• विंडोज 11 को सेफ मोड में कैसे शुरू करें (8 तरीके) -

• विंडोज 11 में नया यूजर बनाने और जोड़ने के 5 तरीके -

• विंडोज 11 पर टास्कबार का आकार कैसे बदलें

• विंडोज 11 में डायनामिक रिफ्रेश रेट फीचर कैसे काम करता है

• विंडोज़ में हाइपर-वी का उपयोग करके विंडोज 11 कैसे स्थापित करें

• विंडोज 11 में डायनेमिक रिफ्रेश रेट (DRR) को कैसे इनेबल या डिसेबल करें?

• विंडोज 11 पर एडमिनिस्ट्रेटर कैसे बदलें: 5 तरीके -

• विंडोज 11 पर इनसाइडर चैनल कैसे स्विच करें

• विंडोज 11 रिलीज की तारीख, मूल्य, हार्डवेयर आवश्यकताएँ

• विंडोज 11 को कैसे तेज करें और इसे तेजी से स्टार्ट, रन, शटडाउन कैसे चलाएं

• विंडोज हैलो के साथ अनलॉक विंडोज 11 का सामना कैसे करें -

• यह पीसी विंडोज 11 नहीं चला सकता - इसे ठीक करें!

• विंडोज 11 में यूजर अकाउंट कंट्रोल को इनेबल या डिसेबल कैसे करें

• विंडोज 11 को सेफ मोड में कैसे शुरू करें

• विंडोज 11 में साइन इन करने के 5 तरीके -

• चिपसेट और मदरबोर्ड जो विंडोज 11 ऑपरेटिंग सिस्टम को सपोर्ट करते हैं

• विंडोज 11 में यूजर को स्विच करने के 7 तरीके -