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用戶態(tài)，什么是操作系統(tǒng)的核心態(tài)什么是用戶態(tài)

來源：整理時間：2023-08-29 11:13:42 編輯：智能門戶手機(jī)版

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1，什么是操作系統(tǒng)的核心態(tài)什么是用戶態(tài)
2，函數(shù)調(diào)用的用戶空間用戶態(tài)和內(nèi)核空間內(nèi)核態(tài)
3，什么是內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)
4，如何判定一個進(jìn)程是用戶態(tài)或者內(nèi)核態(tài)
5，為什么要區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)
6，內(nèi)核態(tài)的定義是什么用戶態(tài)的定義

1，什么是操作系統(tǒng)的核心態(tài)什么是用戶態(tài)

在處理器的存儲保護(hù)中，核心態(tài)，或者特權(quán)態(tài)（與之相對應(yīng)的是用戶態(tài)），是操作系統(tǒng)內(nèi)核所運行的模式。運行在該模式的代碼，可以無限制地對系統(tǒng)存儲、外部設(shè)備進(jìn)行訪問。就是一二級緩存里存的東西

什么是操作系統(tǒng)的核心態(tài)什么是用戶態(tài)

2，函數(shù)調(diào)用的用戶空間用戶態(tài)和內(nèi)核空間內(nèi)核態(tài)

操作系統(tǒng)的進(jìn)程空間可分為用戶空間和內(nèi)核空間，它們需要不同的執(zhí)行權(quán)限。其中函數(shù)調(diào)用運行在用戶空間。

個人愚見：printf為標(biāo)準(zhǔn)c庫提供的函數(shù)，應(yīng)該不屬于內(nèi)核態(tài)。而printf應(yīng)該是調(diào)用linux的系統(tǒng)調(diào)用write實現(xiàn)的，write系統(tǒng)調(diào)用為系統(tǒng)態(tài)。自己寫的函數(shù)屬于用戶代碼吧。

函數(shù)調(diào)用的用戶空間用戶態(tài)和內(nèi)核空間內(nèi)核態(tài)

3，什么是內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)

運行在cpu特權(quán)等級r0的程序稱運行在內(nèi)核態(tài)kernel mode；運行在r3的稱為運行在用戶態(tài)。也叫內(nèi)核模式，用戶模式

在單內(nèi)核模式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)提供服務(wù)的流程為（即用戶應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核功能）：應(yīng)用主程序使用指定的參數(shù)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令（int x80），使cpu從用戶態(tài)（user mode）切換到核心態(tài)（），然后系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)值調(diào)用特定的系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)程序，而這些服務(wù)程序則根據(jù)需要調(diào)用底層的支持函數(shù)以完成特定的功能。在完成了應(yīng)用程序要求的服務(wù)后，操作系統(tǒng)又從核心態(tài)切換回用戶態(tài)，回到應(yīng)用程序中繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令。

什么是內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)

4，如何判定一個進(jìn)程是用戶態(tài)或者內(nèi)核態(tài)

對于一個處于RUNNING狀態(tài)的進(jìn)程, 如果此時它沒有占用CPU, 則在上次發(fā)生進(jìn)程切換時, 它可能運行于用戶態(tài)或內(nèi)核態(tài). 假設(shè)在發(fā)生進(jìn)程切換時它運行于內(nèi)核態(tài), 那它可能是通過系統(tǒng)調(diào)用或者是異常(如缺頁異常)的方式進(jìn)入到內(nèi)核態(tài)的. 又假設(shè)在發(fā)生進(jìn)程切換時它運行于用戶態(tài), 那它只能是通過中斷進(jìn)入到內(nèi)核態(tài). 進(jìn)而被切換掉. 而通過中斷系統(tǒng)調(diào)用或異常這三種方式進(jìn)入到內(nèi)核態(tài)時, 有一個不同之處就在于在壓棧時, 內(nèi)核棧中的出錯代碼那個地方. 如果是由于中斷進(jìn)入到內(nèi)核, 那么在該進(jìn)程的內(nèi)核棧的EIP指針下面壓入棧的值應(yīng)該是 (中斷號-256)而如果是由于異常進(jìn)入到內(nèi)核的, 那么在該位置處, 壓入棧的值應(yīng)該是異常的出錯代碼, 并且在壓棧時會將其再設(shè)置為-1; 如果是由于系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入到內(nèi)核的, 那么在該位置處, 其值為系統(tǒng)調(diào)用號.

5，為什么要區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)

在處理器的存儲保護(hù)中，核心態(tài)或者特權(quán)態(tài)，是操作系統(tǒng)內(nèi)核所運行的模式。運行在該模式的代碼，可以無限制地對系統(tǒng)存儲、外部設(shè)備進(jìn)行訪問。就是一二級緩存里存的東西。也就是說當(dāng)CPU正在運行內(nèi)核代碼時我們就稱系統(tǒng)處于內(nèi)核態(tài)，而當(dāng)CPU正運行用戶代碼時則稱系統(tǒng)處于用戶態(tài)。

當(dāng)一個任務(wù)（進(jìn)程）執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而陷入內(nèi)核代碼中執(zhí)行時，我們就稱進(jìn)程處于內(nèi)核運行態(tài)（或簡稱為內(nèi)核態(tài)）。此時處理器處于特權(quán)級最高的（0級）內(nèi)核代碼中執(zhí)行。當(dāng)進(jìn)程處于內(nèi)核態(tài)時，執(zhí)行的內(nèi)核代碼會使用當(dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核棧。每個進(jìn)程都有自己的內(nèi)核棧。當(dāng)進(jìn)程在執(zhí)行用戶自己的代碼時，則稱其處于用戶運行態(tài)（用戶態(tài)）。即此時處理器在特權(quán)級最低的（3級）用戶代碼中運行。當(dāng)正在執(zhí)行用戶程序而突然被中斷程序中斷時，此時用戶程序也可以象征性地稱為處于進(jìn)程的內(nèi)核態(tài)。因為中斷處理程序?qū)⑹褂卯?dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核棧。這與處于內(nèi)核態(tài)的進(jìn)程的狀態(tài)有些類似。

6，內(nèi)核態(tài)的定義是什么用戶態(tài)的定義

當(dāng)一個任務(wù)（進(jìn)程）執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而執(zhí)行內(nèi)核代碼時，稱進(jìn)程處于內(nèi)核內(nèi)核態(tài)，此時處理器處于特權(quán)級最高的（0級）內(nèi)核代碼中執(zhí)行，當(dāng)進(jìn)程處于內(nèi)核態(tài)時，執(zhí)行的內(nèi)核代碼會使用當(dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核棧,每個進(jìn)程都有自己的內(nèi)核棧。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行用戶代碼時，稱其處于用戶態(tài)，此時處理器在特權(quán)級最低的（3級）用戶代碼中運行。當(dāng)正在執(zhí)行用戶程序而突然被中斷程序中斷時，此時用戶程序也可以象征性地稱為處于進(jìn)程的內(nèi)核態(tài),因為中斷處理程序?qū)⑹褂卯?dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核棧。這與處于內(nèi)核態(tài)的進(jìn)程的狀態(tài)有些類似。內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)是操作系統(tǒng)的兩種運行級別,跟intel cpu沒有必然的聯(lián)系，intel cpu提供Ring0-Ring3三種級別的運行模式，Ring0級別最高，Ring3最低。Linux使用了Ring3級別運行用戶態(tài)，Ring0作為內(nèi)核態(tài)，沒有使用Ring1和Ring2。Ring3狀態(tài)不能訪問Ring0的地址空間，包括代碼和數(shù)據(jù)。Linux進(jìn)程的4GB地址空間，3G-4G部分大家是共享的，是內(nèi)核態(tài)的地址空間，這里存放在整個內(nèi)核的代碼和所有的內(nèi)核模塊，以及內(nèi)核所維護(hù)的數(shù)據(jù)。用戶運行一個程序，該程序所創(chuàng)建的進(jìn)程開始是運行在用戶態(tài)的，如果要執(zhí)行文件操作，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送等操作，必須通過write，send等系統(tǒng)調(diào)用，這些系統(tǒng)調(diào)用會調(diào)用內(nèi)核中的代碼來完成操作，這時，必須切換到Ring0，然后進(jìn)入3GB-4GB中的內(nèi)核地址空間去執(zhí)行這些代碼完成操作，完成后，切換回Ring3，回到用戶態(tài)。這樣，用戶態(tài)的程序就不能隨意操作內(nèi)核地址空間，具有一定的安全保護(hù)作用。保護(hù)模式，通過內(nèi)存頁表操作等機(jī)制，保證進(jìn)程間的地址空間不會互相沖突，一個進(jìn)程的操作不會修改另一個進(jìn)程的地址空間中的數(shù)據(jù)。在內(nèi)核態(tài)下，CPU可執(zhí)行任何指令，在用戶態(tài)下CPU只能執(zhí)行非特權(quán)指令。當(dāng)CPU處于內(nèi)核態(tài)，可以隨意進(jìn)入用戶態(tài)；而當(dāng)CPU處于用戶態(tài)，只能通過中斷的方式進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。一般程序一開始都是運行于用戶態(tài)，當(dāng)程序需要使用系統(tǒng)資源時，就必須通過調(diào)用軟中斷進(jìn)入內(nèi)核態(tài).使用nm查看用戶態(tài)程序的符號表內(nèi)容使用System.map(內(nèi)核符號表)查看內(nèi)核符號表內(nèi)容1. 測試程序中打印用戶態(tài)函數(shù)地址，并調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用(在內(nèi)核中打印系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)地址)，用"用戶態(tài)符號表"和"內(nèi)核態(tài)符號表"示例說明內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)地址空間的差異2. 說明內(nèi)核態(tài)地址映射ioremap()；用戶態(tài)地址映射mmap()

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