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什么是用户态和内核态？用户态和内核态是如何切换的?

2023-05-16

3.什么是用户态和内核态？

用户态和内核态是操作系统的两种运行状态，操作系统主要是为了对访问能力进行限制，用户态的权限较低，而内核态的权限较高

  • 用户态：用户态运行的程序只能受限地访问内存，只能直接读取用户程序的数据，并且不允许访问外围设备，用户态下的 CPU 不允许独占，也就是说 CPU 能够被其他程序获取。
  • 内核态：内核态运行的程序可以访问计算机的任何数据和资源，不受限制，包括外围设备，比如网卡、硬盘等。处于内核态的 CPU 可以从一个程序切换到另外一个程序，并且占用 CPU 不会发生抢占情况。

4.用户态和内核态是如何切换的?

先看为什么要进行切换

用户程序是跑在用户态下的，但有时候会遇到一些操作需要比较高的权限，比如申请内存等，这时候就需要转换到内核态去做。

用户态切换到内核态主要是通过中断、异常、陷入机制（访管指令）

内核态切换到用户态是通过设置程序状态字PSW

导致用户态切换到内核态最主要有三种场景

  • 系统调用，这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式，用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作。
  • 异常，当CPU执行运行在用户态下的程序时，发生了异常，这时会从当前的进程切换到处理异常的内核相关程序中，也就是从用户态切换到内核态，比如缺页异常
  • 外围设备的中断，当外围设备完成用户请求的操作后，会像CPU发出相应的中断信号，这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序

原文链接：操作系统详解

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