内核态和用户态

用户态和内核态：

*** 作系统一般有级别划分0-3，0是特权级级别最高，一般的应用程序运行在3最低级别（用户态，用户内存空间），而内核态属于0级别，有内核空间，处理一些关键性的东西比如分配内存，读写I/O，涉及TCP协议以及驱动程序等。内核态把应用程序和 *** 作系统硬件底层分离开，保障了硬件的安全性。用户的应用程序一般运行于用户态，当进行I/O读写 *** 作，网络数据发送（执行系统调用，处理中断异常，进程调度上CPU）等，会进行切换，从用户态切换到内核态，用户态进行中断，拷贝用户态信息指令等暂存到内核栈（用户态副本），内核态开始处理，处理结束切换回用户态（内核态副本清空），接着处理应用程序。

一个客户端的访问流程也不是直接请求到用户应用，数据报被缓存到内核空间，服务器端recvform首先切换到内核态，读取内核数据报复制到用户空间（网络数据存储到内核空间），然后进行调用

linux信号量运行流程：

当对一个进程进行kill *** 作时，其实相当于一个进程对另一个进程进行了信号量软中断 *** 作，也就是在另一个进程的信号表对应域做了处理，当另一个进程进行系统调用或CPU切换等 *** 作时，会从用户态转入内核态，进行副本拷贝等。处理结束切换回用户态前，会查看当前信号表是否有待处理信号，如果有，把之前内核栈保存的副本拷贝回用户态，内核态地址指向信号处理函数地址，清除内核栈，切换回用户态处理信号，处理结束重新返回内核态，压入之前的副本拷贝，查看是否还有信号量需要处理，没有的话返回地址重新指向之前的应用程序，切回用户态，清除内核态数据。

虚拟内存和物理内存：

物理内存其实就是存储的实际的数据，对应内存条，虚拟内存存的是物理内存地址，通过页管理让虚拟和物理内存产生映射，当程序编译指示给了虚拟内存建立了表，数据和程序仍然存在在磁盘，当进行运行时磁盘被有选择的加载到物理内存（物理内存不存在数据去磁盘交换）。

虚拟内存分为用户空间和内核空间（对应到物理内存对应位置），其实 *** 作虚拟内存就是类似 *** 作物理内存。

内核态相当于一个介于硬件与应用之间的层，内核有ring 0的权限，可以执行任何cpu指令，也可以引用任何内存地址，包括外围设备, 例如硬盘, 网卡，权限等级最高。

用户态则权利有限，例如在内存分配中，有一部分内存是仅为内核态使用的，用户态code则不允许访问那些内存地址，每个进程只允许访问自己申请到的内存。而且不允许访问外围设备。另外在执行cpu指令的时候也可以被高优先级抢占。

大多数时间各类程序都是执行在用户态下，毕竟内核就是基础而已。

很多博客都提到了一个状态转换的例子：c语言在malloc的时候需要涉及到从用户态到内核态的转换，malloc是个函数，所以算作系统调用，是用户态的主动申请转换。但是在实际实现中，未必一定需要进入内核态拿到新的内存，详细看这个博客： https://blog.csdn.net/zdy0_2004/article/details/47787631

3.为什么两者切换耗时

linux下每个进程的栈有两个，一个是用户态栈，一个是内核态栈。在需要从用户态栈切换到内核的时候，需要进行执行栈的转换，保存用户态的状态，包括寄存器状态，然后执行内核态 *** 作， *** 作完成后要恢复现场，切换到用户态，这个过程是耗时的。当然这里有很多细节，但是我不懂，只了解宏观上的原因。

很多人都说mutex加锁解锁很慢，为什么呢，因为他也是需要从用户态到内核态的切换，因此有一些无锁技巧例如CAS(Compare and swap)，还有spin lock这种停等不作context切换的锁。

这个博客说的挺好，介绍了mutex咋切换的细节，反正我是写不出来： https://www.jianshu.com/p/5725db8f07dc

3.一些讨论

https://blog.codinghorror.com/understanding-user-and-kernel-mode/

这个博客在介绍user mode和kernel mode，但是评论里都在争论各类语言在处理exception的时候是否切换到了内核态，跑偏了