Windows系统原理图解

什么是Windows操作系统？

Windows是由微软公司开发的一系列操作系统，广泛应用于个人电脑、服务器和移动设备。其核心任务是管理硬件资源，并为应用程序提供统一的运行环境。

Windows采用分层设计，主要分为用户模式（User Mode）和内核模式（Kernel Mode），确保系统稳定与安全。

核心组件架构

图1：Windows系统分层架构（用户模式与内核模式）

用户模式包含应用程序和服务，无法直接访问硬件；内核模式拥有最高权限，负责调度、内存管理、驱动程序等关键功能。

进程与线程管理

Windows使用抢占式多任务机制，由内核中的“调度器”负责决定哪个线程在CPU上运行。每个进程拥有独立的虚拟地址空间，多个线程可在同一进程中并发执行。

图2：进程与线程关系示意图

内存管理机制

Windows采用虚拟内存技术，将物理内存与磁盘页面文件结合使用。通过分页机制，每个进程认为自己拥有连续且独立的内存空间，实际由MMU（内存管理单元）进行地址转换。

图3：虚拟内存到物理内存的映射过程

文件系统与I/O管理

Windows支持NTFS、FAT32等多种文件系统。I/O管理器协调所有设备输入输出请求，通过驱动程序栈与硬件通信，实现即插即用和电源管理功能。