介绍

​ 在操作系统中,有着分区域保护特性,也作保护环、或者CPU环,简称Rings。用来处理发生故障时候数据错误处理,及恶意操作处理。内层Ring可以使用外层Ring的任意资源。而外层需要请求权限才能访问内层资源。
​ 在此基础上就区分了系统态(核心态)和用户态。每一个用户进程运行自己的代码存在在用户运行态,当调用系统函数的时候,运行模式转变为进入系统态。

系统态

​ 系统态在wiki百科上的解释:在处理器的存储保护中,核心态,或者特权态,又称之为内核态(与之相对应的是用户态),是操作系统内核所运行的模式。运行在该模式的代码,可以无限制地对系统存储、外部设备进行访问。

用户态

​ 操作系统执行用户代码空间的运行形态。

参考信息

​ 当一个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(或简称为系统态)。

​ 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。

​ 内核态与用户态是操作系统的两种运行级别,跟intel cpu没有必然的联系, cpu提供Ring0-Ring3四种级别的运行模式,Ring0级别最高,Ring3最低。Linux使用了Ring3级别运行用户态,Ring0作为内核态,没有使用Ring1和Ring2。Ring3状态不能访问Ring0的地址空间,包括代码和数据。

​ Linux进程的4GB地址空间,3G-4G部分大家是共享的,是内核态的地址空间,这里存放在整个内核的代码和所有的内核模块,以及内核所维护的数据。用户运行一个程序,该程序所创建的进程开始是运行在用户态的,如果要执行文件操作,网络数据发送等操作,必须通过write,send等系统调用,这些系统调用会调用内核中的代码来完成操作,这时必须切换到Ring0,然后进入3GB-4GB中的内核地址空间去执行这些代码完成操作,完成后,切换回Ring3,回到用户态。这样,用户态的程序就不能随意操作内核地址空间,具有一定的安全保护作用。

总结

操作系统运行的不同级别,导致有这两种运行形态的区分。cpu总处于以下状态中的一种:用户态即用户空间,系统态,两者间的切换。


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