计算机系统的内核态和用户态

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是什么

为什么

怎么做

用户态 =》 内核态

学习目的

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是什么

用户态和内核态 是操作系统的两种运行级别，两者最大的区别就是特权级不同。用户态拥有最低的特权级，内核态拥有较高的特权级。运行在用户态的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序。内核态和用户态之间的转换方式主要包括：系统调用，异常和中断。

为什么

如此设计的本质意义是进行权限保护。限定用户的程序不能乱搞操作系统，如果人人都可以任意读写任意地址空间软件管理便会乱套

怎么做

1.调用CPU进行程序代码操作，而不需要进行磁盘操作、网络传输等程序本身程序无法实现的功能，这个时候就是处于用户态，因为仅用到CPU的逻辑运算功能。
2.当程序需要进行磁盘操作或网络传输等行为的时候，程序代码本身通过CPU是无法实现的，这个时候就要转换到内核态进行相应的操作。

用户态 =》 内核态

系统调用：如进行磁盘读写

异常：如页表缺失（虚拟页表在内存中，此时还是用户态，不会直接操作磁盘转为内核态）
中断：如硬盘读写操作完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后边的操作等

内核态操作执行结束后，转换为用户态继续下一条操作指令的执行。

学习目的

cpu采用时间轮片机制给每个线程分发执行时间片来让线程执行，如果线程在进行上下文切换、堵塞、时间片用完、睡眠等情况，就会发生用户态和内核态的切换。

那么我们在使用这些相关功能的设计（例如java的线程sleep、synchronize加锁等操作）就要谨慎，避免滥用，影响系统性能。