內(nèi)核態(tài)

系統(tǒng)中既有操作系統(tǒng)的程序，也由普通用戶的程序。為了安全和穩(wěn)定性操作系統(tǒng)的程序不能隨便訪問,這就是內(nèi)核態(tài)
內(nèi)核態(tài)可以使用所有的硬件資源

用戶態(tài)

Linux使用了Ring3級(jí)別運(yùn)行用戶態(tài),Ring0標(biāo)識(shí)內(nèi)核態(tài)
Ring0作為內(nèi)核態(tài)，沒有使用Ring1和Ring2。
Ring3狀態(tài)不能訪問Ring0的地址空間，包括代碼和數(shù)據(jù)。
Linux進(jìn)程的4GB地址空間，3G-4G部分大家是共享的，是內(nèi)核態(tài)的地址空間，這里存放在整個(gè)內(nèi)核的代碼和所有的內(nèi)核模塊，以及內(nèi)核所維護(hù)的數(shù)據(jù)。用戶運(yùn)行一個(gè)程序，該程序所創(chuàng)建的進(jìn)程開始是運(yùn)行在用戶態(tài)的，如果要執(zhí)行文件操作，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送等操作，必須通過 write，send等系統(tǒng)調(diào)用，這些系統(tǒng)調(diào)用會(huì)調(diào)用內(nèi)核中的代碼來完成操作，這時(shí)，必須切換到Ring0，然后進(jìn)入3GB-4GB中的內(nèi)核地址空間去執(zhí) 行這些代碼完成操作，完成后，切換回Ring3，回到用戶態(tài)。這樣，用戶態(tài)的程序就不能隨意操作內(nèi)核地址空間，具有一定的安全保護(hù)作用。

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這是用戶態(tài)進(jìn)程主動(dòng)要求切換到內(nèi)核態(tài)的一種方式，用戶態(tài)進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用申請(qǐng)使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)程序完成工作，比如linux中fork()實(shí)際上就是執(zhí)行了一個(gè)創(chuàng)建新進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的機(jī)制其核心還是使用了操作系統(tǒng)為用戶特別開放的一個(gè)中斷來實(shí)現(xiàn)，例如Linux的int 80h中斷。

當(dāng)CPU在執(zhí)行運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序時(shí)，發(fā)生了某些事先不可知的異常，這時(shí)會(huì)觸發(fā)由當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程切換到處理此異常的內(nèi)核相關(guān)程序中，也就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)，比如缺頁異常。

當(dāng) 外圍設(shè)備完成用戶請(qǐng)求的操作后，會(huì)向CPU發(fā)出相應(yīng)的中斷信號(hào)，這時(shí)CPU會(huì) 暫停執(zhí)行下一條即將要執(zhí)行的指令轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號(hào)對(duì)應(yīng)的處理程序，如果先前執(zhí)行的指令是用戶態(tài)下的程序，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換的過程自然也就發(fā)生了由用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。比如硬盤讀寫操作完成，系統(tǒng)會(huì)切換到硬盤讀寫的中斷處理程序中執(zhí)行后續(xù)操作等。

這3種方式是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)由用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)的最主要方式，其中系統(tǒng)調(diào)用可以認(rèn)為是用戶進(jìn)程主動(dòng)發(fā)起的，異常和外圍設(shè)備中斷則是被動(dòng)的。

從觸發(fā)方式上看，可以認(rèn)為存在前述3種不同的類型，但是從最終實(shí)際完成由用戶態(tài) 到內(nèi)核態(tài)的切換操作上來說，涉及的關(guān)鍵步驟是完全一致的，沒有任何區(qū)別，都相當(dāng)于執(zhí)行了一個(gè)中斷響應(yīng)的過程，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用實(shí)際上最終是中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，而異常和中斷的處理機(jī)制基本上也是一致的，關(guān)于它們的具體區(qū)別這里不再贅述。關(guān)于中斷處理機(jī)制的細(xì)節(jié)和步驟這里也不做過多分析，涉及到由用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài) 的步驟主要包括：
- 從當(dāng)前進(jìn)程的描述符中提取其內(nèi)核棧的ss0及esp0信息。
- 使用ss0和esp0指向的內(nèi)核棧將當(dāng)前進(jìn)程的cs,eip,eflags,ss,esp信息保存起來，這個(gè)過程也完成了由用戶棧到內(nèi)核棧的切換過程，同時(shí)保存了被暫停執(zhí)行的程序的下一條指令。
將先前由中斷向量檢索得到的中斷處理程序的cs,eip信息裝入相應(yīng)的寄存器，開始執(zhí)行中斷處理程序，這時(shí)就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)的程序執(zhí)行了。