1、linux 用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換原文鏈接：http：/question/363231653.html當(dāng)一個任務(wù)（進(jìn)程）執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而執(zhí)行內(nèi)核代碼時，稱進(jìn)程處于內(nèi)核內(nèi)核態(tài)，此時處理器 處于特權(quán)級最高的（0 級）內(nèi)核代碼中執(zhí)行，當(dāng)進(jìn)程處于內(nèi)核態(tài)時，執(zhí)行的內(nèi)核代碼會使用當(dāng)前 進(jìn)程的內(nèi)核棧,每個進(jìn)程都有自己的內(nèi)核棧。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行用戶代碼時，稱其處于用戶態(tài)，此時處理 器在特權(quán)級最低的（3 級）用戶代碼中運行。當(dāng)正在執(zhí)行用戶程序而突然被中斷程序中斷時，此時用戶程序也可以象征性地稱為處于進(jìn)程 的內(nèi)核態(tài),因為中斷處理程序?qū)⑹褂卯?dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核棧。這與處于內(nèi)核態(tài)的進(jìn)程的狀態(tài)有些類似。 內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)是操作系統(tǒng)的兩種

2、運行級別,跟intel cpu沒有必然的聯(lián)系，in tel cpu提供 Ring0-Ring3三種級別的運行模式，RingO級別最高，Ring3最低。Linux使用了 Ring3級別運行用戶態(tài)，RingO作為內(nèi)核態(tài)，沒有使用Ringl和Ring2o 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)。用戶運行一個程序，該程序所創(chuàng)建的進(jìn)程開始是運行在用戶態(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

3、，這些系統(tǒng)調(diào)用會調(diào)用內(nèi)核中 的代碼來完成操作，這時，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。保護(hù)模式，通過內(nèi)存頁表操作等機(jī)制，保證進(jìn)程間的地址空間不會互相沖突，一個進(jìn)程的操 作不會修改另一個進(jìn)程的地址空間中的數(shù)據(jù)。在內(nèi)核態(tài)下，CPU可執(zhí)行任何指令，在用戶態(tài)下 CPU只能執(zhí)行非特權(quán)指令。當(dāng)CPU處于內(nèi)核態(tài)，可以隨意進(jìn)入用戶態(tài)；而當(dāng)CPU處于用戶態(tài), 只能通過中斷的方式進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。一般程序一開始都是運行于用戶態(tài)，當(dāng)程序需要使用系統(tǒng)資源 時，就必

4、須通過調(diào)用軟中斷進(jìn)入內(nèi)核態(tài).使用 nm 查看用戶態(tài)程序的符號表內(nèi)容使用System.map（內(nèi)核符號表）查看內(nèi)核符號表內(nèi)容測試程序中打印用戶態(tài)函數(shù)地址，并調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用（在內(nèi)核中打印系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)地址），用 用戶態(tài)符號表和內(nèi)核態(tài)符號表示例說明內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)地址空間的差異說明內(nèi)核態(tài)地址映射ioremapO ;用戶態(tài)地址映射mmapO原文鏈接：http：/view/f78b7e40bele650e52ea998f.html1 ）用戶態(tài)切 換 到內(nèi)核態(tài)的 3 種 方式系統(tǒng)調(diào)用 這是用戶態(tài)進(jìn)程主動要求切換到內(nèi)核態(tài)的一種方式，用戶態(tài)進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用申請使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)程序完成工作，比如前例中forkO

5、實際上就是執(zhí)行了一個創(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中斷來實現(xiàn)，例如Linux的 int 80h 中斷。系統(tǒng)調(diào)用實質(zhì)上是一個中斷，而匯編指令int就可以實現(xiàn)用戶態(tài)向內(nèi)核態(tài)切換，iret實現(xiàn)內(nèi) 核態(tài)向用戶態(tài)切換異常當(dāng) CPU 在執(zhí)行運行在用戶態(tài)下的程序時， 發(fā)生了某些事先不可知的異常， 這時會觸發(fā)由當(dāng) 前運行進(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。外圍設(shè)備的中斷當(dāng)外圍設(shè)備完成用戶請求的操作后，會向 CPU 發(fā)出相應(yīng)的中斷信號， 這時 CPU 會暫停執(zhí)行 下一條即將要執(zhí)行的指令轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號對應(yīng)的處理程序，如果

6、先前執(zhí)行的指令是用戶態(tài) 下的程序，那么這個轉(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)在運行時由用戶態(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)程主動發(fā)起的，異常和外圍設(shè)備中斷則是被動的。2）具體的切換操作從觸發(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)行了一個中斷 響應(yīng)的過程，因為系統(tǒng)調(diào)用實際上最終是中斷機(jī)制實現(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ssO及espO信息。使用ssO和espO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，這個過 程也完成