用户态和内核态

2024年7月18日 · 阅读需 3 分钟

Full stack development

用户态

用户态是普通的程序运行模式，例如你的文档编辑器或游戏。

在用户态，程序有限制地访问计算机的资源，比如不能直接控制硬件设备。

这样做的好处是保证了系统的安全，防止程序随意修改关键的系统信息或其他程序的数据。

内核态是操作系统运行的模式，它有权访问计算机的所有资源，包括内存和外设。

当操作系统需要执行重要的任务，如管理内存或响应硬件请求时，它会在内核态下运行。

这种模式可以让操作系统有效地控制硬件和管理系统资源。

系统调用：当你的程序需要操作系统帮助完成一些特定任务（比如读取文件）时，它会通过系统调用请求操作系统的服务，此时会从用户态切换到内核态。

异常：如果程序运行出错（如试图访问未授权的内存区域），系统会自动切换到内核态来处理这个错误，防止程序崩溃。

外部中断：当外围设备（如打印机、键盘）完成任务时，会通知 CPU，这时候系统也会切换到内核态来处理这些外部事件。

在操作系统中，“切换”通常指的是 CPU 从用户态切换到内核态的过程。

外部中断发生：当外围设备（如打印机或键盘）完成任务或需要系统处理某些事情（比如用户按下了键盘上的一个键），设备会向 CPU 发送一个中断信号。

中断信号的接收：CPU 接收到这个中断信号后，会当前暂停正在执行的用户态程序的运行。

状态的切换：CPU 将控制权转移给操作系统的中断处理程序，这通常涉及到从用户态切换到内核态。因为内核态允许执行访问硬件和执行中断服务例程等操作。

执行中断服务例程：一旦在内核态，操作系统的中断服务例程（ISR）就会开始执行，处理来自外部设备的请求或响应。例如，如果是键盘产生的中断，ISR 可能会读取键盘缓冲区中的数据。

返回用户态：中断处理完成后，操作系统会将 CPU 的状态从内核态切换回用户态，继续执行之前被中断的程序。