现代操作系统学习笔记——内核态与用户态、系统调用

本文为学习《现代操作系统》时遇到的疑问，为网上查找资料的总和。

内核态与用户态

操作系统需要CPU的两种状态，即内核态与用户态，两种状态的不同主要体现在所能使用的指令范围上。

内核态：可以执行任何指令，对所有硬件具有完全访问权，操作系统就运行在内核态。

用户态：只能使用计算机指令集的一个子集，不允许执行某些指令。

两种状态的不同：

除了可使用指令的不同之外，处于用户态执行时，能访问的内存空间收到限制，所占用的处理机（包括CPU、存储器、IO设备、及外围设备）是可被抢占的，内核态可以访问所有的内存空间，所占用的处理机不允许被占用。

由用户态转变为内核态主要有三种方式：1、系统调用，2、异常，3、外围设备的中断。在这里只介绍系统调用。

Intel -86架构CPU的特权级别

分为：R0、R1、R2、R3，其中R0具有最高权限，相当于内核态，R3相当于用户态，Intel-86CPU只能处于其中一个特权级，决定代码可以做什么不可以做什么，之前用vs进行网络编程时，由于没有用管理员运行，所以无法执行代码，问题应该出现在此，硬件每次执行一条指令时都会对指令所具有的特权级进行检查，如果与当前CPU所处特权级相符则执行，否则拒绝执行。

系统调用

系统调用：为特殊的过程调用，用户在操作系统中调用操作系统所提供的一些子功能，通过系统调用命令（即调用系统调用的命令），终止现行的程序转去执行相应的子程序，以完成特定的系统功能，完成后，控制又返回到发出系统调用命令之后的一条指令，被中断的程序继续执行下去。系统调用将应用程序的请求传给内核，调用相应的内核函数完成所需要的处理，将处理结果返回给应用程序，通俗的说，目前CPU所处等级无法执行我们程序想要的功能，而系统调用相当于提升CPU所处等级，以便CPU执行某些功能