Linux用户态和内核态

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系统调用

系统调用是通向操作系统本身的接口,是面向底层硬件的。通过系统调用,可以使得用户态运行的进程与硬件设备(如CPU、磁盘、打印机等)进行交互,是操作系统留给应用程序的一个接口。
由操作系统实现
运行时,需要从用户态切换到内核态

用户态:当一个进程在执行用户自己的代码时处于用户运行态(用户态),此时特权级最低,为3级,是普通的用户进程运行的特权级,大部分用户直接面对的程序都是运行在用户态。
内核态:当一个进程因为系统调用陷入内核代码中执行时处于内核运行态(内核态),此时特权级最高,为0级。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。
主要区别:权限高低

用户态切换到内核态的流程

用户态切换到内核态的3种方式

(1)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。例如fork()就是执行了一个创建新进程的系统调用。系统调用的机制和新是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现,如Linux的int 80h中断。
中断的知识下面这篇博客介绍的很详细:
中断实现的基本原理
以 一个简单的IO操作为例:
在这里插入图片描述
2)异常

当cpu在执行运行在用户态下的程序时,发生了一些没有预知的异常,这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关进程中,也就是切换到了内核态,如缺页异常。

(3)外围设备的中断

当外围设备完成用户请求的操作后,会向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而转到与中断信号对应的处理程序去执行,如果前面执行的指令时用户态下的程序,那么转换的过程自然就会是 由用户态到内核态的切换。如硬盘读写操作完成,系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后边的操作等。

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