C 面試寶典 核心態和使用者態

2021-10-06 07:48:18 字數 1655 閱讀 9104

在cpu的所有指令中,有一些指令是非常危險的,如果錯用,將導致整個系統崩潰。比如:清記憶體、設定時鐘等。如果所有的程式都能使用這些指令,那麼你的系統一天宕機n回就不足為奇了。所以,cpu將指令分為特權指令和非特權指令,對於那些危險的指令,只允許作業系統及其相關模組使用,普通的應用程式只能使用那些不會造成災難的指令。intel的cpu將特權級別分為4個級別:ring0,ring1,ring2,ring3。

linux的核心是乙個有機的整體。每乙個使用者程序執行時都好像有乙份核心的拷貝,每當使用者程序使用系統呼叫時,都自動地將執行模式從使用者級轉為核心級,此時程序在核心的位址空間中執行。

當乙個任務(程序)執行系統呼叫而陷入核心**中執行時,我們就稱程序處於核心執行態(或簡稱為核心態)。此時處理器處於特權級最高的(0級)核心**中執行。當程序處於核心態時,執行的核心**會使用當前程序的核心棧。每個程序都有自己的核心棧。當程序在執行使用者自己的**時,則稱其處於使用者執行態(使用者態)。即此時處理器在特權級最低的(3級)使用者**中執行。當正在執行使用者程式而突然被中斷程式中斷時,此時使用者程式也可以象徵性地稱為處於程序的核心態。因為中斷處理程式將使用當前程序的核心棧。這與處於核心態的程序的狀態有些類似。

核心態與使用者態是作業系統的兩種執行級別,跟intel cpu沒有必然的聯絡, 如上所提到的intel cpu提供ring0-ring3四種級別的執行模式,ring0級別最高,ring3最低。linux使用了ring3級別執行使用者態,ring0作為 核心態,沒有使用ring1和ring2。ring3狀態不能訪問ring0的位址空間,包括**和資料。linux程序的4gb位址空間,3g-4g部 分大家是共享的,是核心態的位址空間,這裡存放在整個核心的**和所有的核心模組,以及核心所維護的資料。使用者執行乙個程式,該程式所建立的程序開始是運 行在使用者態的,如果要執行檔案操作,網路資料傳送等操作,必須通過write,send等系統呼叫,這些系統呼叫會呼叫核心中的**來完成操作,這時,必 須切換到ring0,然後進入3gb-4gb中的核心位址空間去執行這些**完成操作,完成後,切換回ring3,回到使用者態。這樣,使用者態的程式就不能 隨意操作核心位址空間,具有一定的安全保護作用。

系統呼叫

這是使用者態程序主動要求切換到核心態的一種方式,使用者態程序通過系統呼叫申請使用作業系統提供的服務程式完成工作,比如fork()實際上就是執行了乙個建立新程序的系統呼叫。而系統呼叫的機制其核心還是使用了作業系統為使用者特別開放的乙個中斷來實現,例如linux的int 80h中斷。

中斷

當外圍裝置完成使用者請求的操作後,會向cpu發出相應的中斷訊號,這時cpu會暫停執行下一條即將要執行的指令轉而去執行與中斷訊號對應的處理程式,如果先前執行的指令是使用者態下的程式,那麼這個轉換的過程自然也就發生了由使用者態到核心態的切換。比如硬碟讀寫操作完成,系統會切換到硬碟讀寫的中斷處理程式中執行後續操作等。

異常

當cpu在執行執行在使用者態下的程式時,發生了某些事先不可知的異常,這時會觸發由當前執行程序切換到處理此異常的核心相關程式中,也就轉到了核心態,比如缺頁異常。

由於需要限制不同的程式之間的訪問能力, 防止他們獲取別的程式的記憶體資料, 或者獲取外圍裝置的資料, 併發送到網路, cpu劃分出兩個許可權等級 – 使用者態和核心態。

核心態和使用者態

在核心態下,cpu可執行任何指令,在使用者態下cpu只能執行非特權指令。當cpu處於核心態,可以隨意進入使用者態 而當cpu處於使用者態,只能通過中斷的方式進入核心態。一般程式一開始都是執行於使用者態,當程式需要使用系統資源時,就必須通過呼叫軟中斷進入核心態。當乙個任務 程序 執行系統呼叫而陷入核心...

核心態和使用者態

複習的時候發現 作業系統 書上竟然沒有找到使用者態和核心態的概念,還納悶了半天以為是自己上課的時候沒有認真聽講.核心態 cpu可以訪問記憶體所有資料,包括外圍裝置,例如硬碟,網絡卡.cpu也可以將自己從乙個程式切換到另乙個程式 使用者態 只能受限的訪問記憶體,且不允許訪問外圍裝置.占用cpu的能力被...

使用者態和核心態

從巨集觀上來看,linux作業系統的體系架構分為使用者態和核心態。核心從本質上看是一種軟體 控制計算機的硬體資源,並提供上層應用程式執行的環境。使用者態即上層應用程式的活動空間,應用程式的執行必須依託於核心提供的資源,包括cpu資源 儲存資源 i o資源等。為了使上層應用能夠訪問到這些資源,核心必須...