内核态与用户态

当程序运行在内核空间时为内核态，当程序运行在用户空间时为用户态。用户态只能访问用户空间下的地址，而内核态可以访问所有地址。

为防止用户程序对系统造成破坏，所以限制用户态程序访问其他内存。

内核态程序执行完成后返回发起调用的用户空间。

所有程序的用户空间是独立的，内核空间确是共享的，通过共享的内核空间实现程序间的数据交互。例如：MMAP。

状态切换需要上下文切换（切换进程），消耗较大。

2022-03-27

内核态和用户态是 *** 作系统的两种运行级别，内核态权限高，用户态权限低。

用户程序从用户态切换到内核态：系统调用（软中断），异常，中断。

系统调用是系统开放给用户程序的接口。

库函数是对系统调用的封装。

shell也对系统调用进行了封装。

系统调用，库函数，shell是用户程序主动访问内核程序的三种方式。

参考： Linux | 为什么用户态和内核态的切换耗费时间？ - JH_Zhai的博客 - CSDN博客

当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核运行态（或简称为内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，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。当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。即此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时，此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似。

在计算机的指令中，引入了指令级别的概念，Window下分为0~3级，Linux下分为0、3两级；

分级主要是为了区分不同的程序有不同的指令执行权限；

在搞清楚用户态与内核态之前，首先需要搞清楚，用户态和内核态是针对谁描述的？

也看了网上不少资源，很多博客会直接对用户态与内核态的区别直接上手做分析，但实际上了解这两者是针对谁而言，对之后的学习也非常有效果。

这里用户态与内核态是针对CPU而言的，是CPU的两种运行状态，也就是说再任意时刻CPU要么处于内核态要么处于用户态。

这里的原因主要处于 *** 作系统的安全性考虑；

设想一下，如果CPU没有内核态与用户态的概念，完全是一视同仁，所有用户编写的程序可以访问一切硬件资源包括内存。这种情况下写个病毒程序就太容易了，只要运行起来之后把内存的数据随便迁移，这样的场景对于整个系统安全性来说绝对是极其糟糕的。

因此来说，计算机所有硬件资源的使用权应该仅仅收回给 *** 作系统，用户态的程序无权进行访问，如果用户态的程序需要调用硬件资源如读取网卡的数据，必须通过 *** 作系统层面进行 *** 作。

内核态程序执行完毕

我们都知道程序在执行的过程中是离不开栈的数据结构， *** 作系统在创建程序进程的同时会创建与该程序对应的两个栈结构，分别用于用户态程序执行与内核态程序执行。

当用户态与内核态相互切换的时候，CPU要切换到不同的栈去执行程序，至于为什么不能共用一个栈结构，多半也是为了安全考虑，分为两个栈也就是两片内存区域天然就有了隔离性，自然也就安全了。

本文大体描述了内核态与用户态之间的联系，但创作背景是在没有完全看完权威的 *** 作系统相关书籍情况下编写。上述知识大多数来源于网络上的博客或B站视频，可能其中存在不严谨的语句甚至错误，还请大家勘误。

在计算机系统中区分系统态和用户态的原因是：避免代码进行潜在危险的 *** 作，以防止给 *** 作系统带来安全隐患。系统调用与返回的情况下进行两种方式的转换。

用户态状态下，执行的代码被硬件限定，不能进行某些 *** 作，比如写入其他进程的存储空间，以防止给 *** 作系统带来安全隐患。内核禁止此状态下的代码进行潜在危险的 *** 作，比如写入系统配置文件、杀掉其他用户的进程、重启系统等。

当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核运行态（或简称为内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0 级）内核代码中执行。

扩展资料：

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 *** 作系统提供的服务程序完成工作。而系统调用的机制其核心还是使用了 *** 作系统为用户特别开放的一个中断来实现，例如Linux的int 80h中断。

2、异常当CPU在执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，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程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。

3、外围设备的中断当外围设备完成用户请求的 *** 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转而去执行与中断信号对应的处理程序，如果先前执行的指令是用户态下的程序，那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。

参考资料来源：百度百科-用户态

参考资料来源：百度百科-核心态

内核主要是和硬件打交道，管理最核心的内容，如硬盘、内存、CPU等。

微内核只有一个功能，就是进程调度，其他功能需要外插设备甚至网络等。

微内核调度资源需要去其他地方找，所以会慢。但也适合于万物互联，但现在的 4G 速度达不到。

鸿蒙是微内核的设计。当 5G 实现，万物互联，微内核的时代就可能到来。

宏内核就是上图中所有功能集成在一块，一般手机、电脑都是宏内核。

这是在硬件上做的一种安全机制，让用户不能直接 *** 作内核。

CPU 分不同的指令级别：一个是内核可以 *** 作的级别；另一个是应用程序访问的级别。

CPU 的指令级别一般分 4 个级别 0～4（ring）。linux 用了两个级别 0 和 3，内核用的是 0，应用程序只能访问到 ring 3 级。对于系统的关键访问需要经过 kernel 的同意，由内核命令去执行。

JVM 在用户态。

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