操作系统用户态和内核态
用户态和内核态
- 一、 用户态和内核态的概念?
- 二、为什么需要用户态和内核态?
- 三、用户态与内核态的切换?
- 四、用户态和内核态的详细介绍?
一、 用户态和内核态的概念?
内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序
用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取
二、为什么需要用户态和内核态?
由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 :用户态 和 内核态
三、用户态与内核态的切换?
所有用户程序都是运行在用户态的, 但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情, 例如从硬盘读取数据, 或者从键盘获取输入等. 而唯一可以做这些事情的就是操作系统, 所以此时程序就需要先操作系统请求以程序的名义来执行这些操作.
这时需要一个这样的机制: 用户态程序切换到内核态, 但是不能控制在内核态中执行的指令
这种机制叫系统调用, 在CPU中的实现称之为陷阱指令(Trap Instruction)
他们的工作流程如下:
- 用户态程序将一些数据值放在寄存器中, 或者使用参数创建一个堆栈(stack frame), 以此表明需要操作系统提供的服务.
- 用户态程序执行陷阱指令
- CPU切换到内核态, 并跳到位于内存指定位置的指令, 这些指令是操作系统的一部分, 他们具有内存保护, 不可被用户态程序访问
- 这些指令称之为陷阱(trap)或者系统调用处理器(system call handler). 他们会读取程序放入内存的数据参数, 并执行程序请求的服务
- 系统调用完成后, 操作系统会重置CPU为用户态并返回系统调用的结果
四、用户态和内核态的详细介绍?
当一个任务(进程)执行系统调用而陷入内核代码中执行时,我们就称进程处于内核运行态(或简称为内核态)。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核 代码中执行。当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时,则称其处于用户运行 态(用户态)。即此时处理器在特权级最低的(3级)用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时,此时用户程序也可以象征性地称为处于进程 的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似。
内核态与用户态是操作系统的两种运行级别, 跟intel cpu没有必然的联系, intel cpu提供Ring0-Ring3三种级别的运行模式,Ring0级别最高,Ring3最低。Linux使用了Ring3级别运行用户态,Ring0作为 内核态,没有使用Ring1和Ring2。Ring3状态不能访问Ring0的地址空间,包括代码和数据。Linux进程的4GB地址空间,3G-4G部 分大家是共享的,是内核态的地址空间,这里存放在整个内核的代码和所有的内核模块,以及内核所维护的数据。用户运行一个程序,该程序所创建的进程开始是运 行在用户态的,如果要执行文件操作,网络数据发送等操作,必须通过write,send等系统调用,这些系统调用会调用内核中的代码来完成操作,这时,必 须切换到Ring0,然后进入3GB-4GB中的内核地址空间去执行这些代码完成操作,完成后,切换回Ring3,回到用户态。这样,用户态的程序就不能 随意操作内核地址空间,具有一定的安全保护作用。
至于说保护模式,是说通过内存页表操作等机制,保证进程间的地址空间不会互相冲突,一个进程的操作不会修改另一个进程的地址空间中的数据。
操作系统用户态和内核态相关推荐
- 操作系统(概述、组成)、用户态、内核态
1. 概述 1.1 基本特征 1.1.1 并发 并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序,而并行则指同一时刻能运行多个指令. 并行需要硬件支持,如多流水线或者多处理器. 操作系统通过引入进程和线程 ...
- Java程序员需要掌握的计算机底层知识(二):操作系统、内核、用户态与内核态、系统调用的执行过程
操作系统 启动过程 通电 -> bios uefi 工作 -> 自检 -> 到硬盘固定位置加载bootloader -> 读取可配置信息 -> CMOS CMOS 用来存 ...
- 操作系统 | 用户态和内核态的切换(中断、系统调用与过程(库函数)调用)
文章目录 中断 过程调用 系统调用 过程调用和系统调用的区别 中断 用户态.内核态之间的切换是怎么实现的? 用户态→内核态 是通过中断实现的.并且 中断是唯一途径 . 核心态→用户态 的切换是通过执行 ...
- 操作系统基础知识用户态和内核态的区别
这节课给你带来了一道非常经典的面试题目:用户态线程和内核态线程有什么区别? 这是一个组合型的问题,由很多小问题组装而成,比如: 用户态和内核态是什么? 用户级线程和内核级线程是一个怎样的对应关系? 内 ...
- 操作系统中用户态和内核态(系统态)是什么?用户态如何变成内核态?
用户态:当进程在执行用户自己的代码时,则称其处于用户态,这时cpu 访问资源有限,运行在用户态下的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序. 内核态:当一个任务(进程)执行系统调用而陷入内核代码中执 ...
- 操作系统:用户态与内核态
文章目录 用户态与内核态 用户态与内核态的概念 用户态 内核态 为什么要区分内核态和用户态 用户态与内核态的区别 用户态切换到内核态的方式 用户态与内核态空间分配 用户态与内核态 用户态与内核态的概念 ...
- 「操作系统」什么是用户态和内核态?为什么要区分
「操作系统」什么是用户态和内核态?为什么要区分 参考&鸣谢 从根上理解用户态与内核态 程序员阿星 并发编程(二十六)内核态和用户态 Lovely小猫 操作系统之内核态与用户态 fimm 文章目 ...
- 操作系统~用户态进入内核态的方式(中断、异常、系统调用)
中断与异常 中断的概念和作用 当中断发生时,CPU立即进入核心态 当中断发生后,当前运行的进程暂停运行,并由操作系统内核对中断进行处理 对于不同的中断信号,会进行不同的处理 发生了中断,就意味着需要操 ...
- 操作系统用户态和内核态之间的切换过程
操作系统用户态和内核态之间的切换过程 1. 用户态和内核态的概念区别 究竟什么是用户态,什么是内核态,这两个基本概念以前一直理解得不是很清楚,根本原因个人觉得是在于因为大部分时候我们在写程序时关注的重 ...
最新文章
- 【从蛋壳到满天飞】JS 数据结构解析和算法实现-AVL树(一)
- Base64编码运用与基本原理
- HTTP协议那些不得不说的事
- 黑暗爆炸OJ 3028. 食物 生成函数
- Linux上安装Python3和pip3
- 网站性能测试工具Apache Benchmark的使用说明
- 81相似标准形02——初等变换、初等矩阵、相抵 (等价)、相抵标准形
- CLR寄宿(上) MSCOREE.DLL
- Swift5.1 语言指南(十七) 反初始化
- 如何查看sqlserver数据库文件位置
- GBK和UNICODE
- 马尔科夫模型与隐马尔科夫模型
- [转载]Wifi OKC 验证
- python 波形包络线_Python信号分析之包络线(上包络线/下包络线)计算和绘制
- CanOpen协议的伺服驱动控制
- 计算机科学与技术专业为什么要学物理,「物理」一定要好的14个大学专业
- java我的世界114_我的世界114更新了什么_我的世界114更新内容_快吧单机游戏
- 【渝粤题库】陕西师范大学180204市场营销学 作业(高起本)
- PostgreSQL 11 1000亿 tpcb、1000W tpcc 性能测试 - on 阿里云ECS + ESSD (含quorum based 0丢失多副本配置与性能测试)...
- java List 线程安全