什么是微内核
微内核主要用于解决宏内核操作系统在扩展性、可靠性等方面遇到的问题。区别于宏内核的左右系统功能都实现在内核中，微内核只在内核中保留必要的系统功能，比如基础的IPC、进程调度机制等，而其他诸如文件系统、网络IO等功能都在用户空间实现。
现有的微内核：QNX、SEL家族（更新到seL4）
什么是实模式与保护模式？
实模式指的就是直接使用物理地址对内存进行访问的方式。早期CPU一般只有16位的运行环境，将整个物理内存进行分段，代码和数据保存在各个段中。普通程序在运行时，可能会修改与系统相关的内存段中的值，这是十分危险的。后来，CPU发展到32位之后，寻址空间达到了4GB，为了对内存进行保护以及访问更多的地址空间，引入了保护模式。
保护模式提供段页式的内存管理机制，以及多任务的执行。保护模式的段基址是一个指向全局描述符表的指针，这个全局描述符保存着每一段相关的信息。
但是本着向下兼容的思想，大多数CPU都保留了实模式，并且在CPU上电或复位时启用，加载操作系统的时候必须将工作模式切换为保护模式。
jos如何实现实模式到保护模式的切换？
jos模式的切换是发生在操作系统引导与加载的时候，所以下面直接介绍一下jos引导与加载的过程。
主要分为两个阶段：
- 引导程序的加载
- 内核的加载
引导程序的加载
PC上电启动，运行为实模式，硬件将直接存储在”磁盘“的BIOS加载到内存中。进入实模式运行后，下一条指令CS:IP就是BIOS所在的物理地址。（BIOS主要是完成加电自检和硬件初始化的工作，之后将处理器控制权转交）将处理器的设备初始化完成之后，从存储器中加载内核引导器（boot loader）。boot loader的主要作用是切换处理器的工作模式，将内核从磁盘加载到内存。
bootloader的第一条指令就是cli，关中断（内核准备好之后再打开）。在实模式下，处理器有8个16位通用寄存器，但是处理器需要发送20位的地址给存储器（实模式的地址空间是1MB），所以需要使用cs,ss,es,ds提供额外位。
jos中模式的切换在boot.s中实现：
要从实模式切换到保护模式，首先需要开启更多的地址线。
这就首先涉及到A20 Gate的开启，通过键盘控制器的输出端口第二位的电平来判定是否启用第21位地址线，当其电平为高时，就启用第21位的地址线，让处理器能够寻址32位。主要分为两部分：
- 一部分是向键盘输入缓冲器(0x64端口)写一个控制命令(0xd1), 0xd1表示向P2输出端口写数据，其具体数据就是0x60端口输入
- 具体写向P2输出端口的数据，向键盘输入缓冲器(0x60端口)写入0xdf, 其二进制表示0b11011111, 其中第2位则为A20选通位，这时A20 Gate开启
至此，可以使用32位地址线了，但是实模式到保护模式的实际切换是由CR0寄存器的最低位（保护模式使能位）值1决定的。
- 在GDTR（段描述符表寄存器）中存入GDT（段描述符表）的首地址
- 将CR0寄存器的PE位置1，开启处理器的保护模式
使用ljmp指令跳转进入保护模式,在保护模式中需要重新对一些32位的段寄存器进行初始化，对堆栈指针ESP进行初始化，然后进入bootmain函数完成对内核的加载。
内核的加载（ELF文件的加载）
内核的加载就是从磁盘中读取ELF可执行文件的过程，所以需要首先了解ELF文件格式。
什么是ELF文件？
ELF文件是一种文件格式，一般可以是可执行文件、目标文件、共享库和二进制文件。Linux中主要的可执行文件格式就是ELF文件。操作系统中通过加载可执行文件来实现对程序和数据的访问。
ELF文件结构
jos中ELF文件头的数据结构和程序头表的数据结构：
struct Elf {
uint32_t e_magic; // must equal ELF_MAGIC
uint8_t e_elf[12];
uint16_t e_type;
uint16_t e_machine;
uint32_t e_version;
uint32_t e_entry;
uint32_t e_phoff; // 程序节头表数据的信息，所有的段
uint32_t e_shoff;
uint32_t e_flags;
uint16_t e_ehsize;
uint16_t e_phentsize;
uint16_t e_phnum; // 段的数量
uint16_t e_shentsize;
uint16_t e_shnum;
uint16_t e_shstrndx;
};
struct Proghdr {
uint32_t p_type;
uint32_t p_offset;
uint32_t p_va;
uint32_t p_pa;
uint32_t p_filesz;
uint32_t p_memsz;
uint32_t p_flags;
uint32_t p_align;
};
过程：
- 从磁盘的1号扇区中读取读取8个扇区大小的ELF格式kernel到物理地址0x10000，检查其是否是有效的ELF文件；
- 需要去读取程序头表中指明 的所有段，第一个segment对象的地址存放在ph = (struct Proghdr *) ((uint8_t *) ELFHDR + ELFHDR->e_phoff)中，则 结束的地址为：eph = ph + ELFHDR->e_phnum;然后就可以遍历这个proghdr数组了。至此，内核完全加载完毕。
for (; ph < eph; ph++)
readseg(ph->p_pa, ph->p_memsz, ph->p_offset);