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【Linux】弄懂用户态与内核态

【Linux】弄懂用户态与内核态

作者: 小北觅 | 来源:发表于2022-07-07 11:42 被阅读0次

在学习线程池的时候,相信大家都听过这样的话:“创建线程需要从用户态切换到内核态,用户态和内核态切换的开销大”。那这个开销到底大在那里?一般来说有切换的过程中有如下步骤:

  • 保留用户态现场(上下文、寄存器、用户栈等)。
  • 复制用户态参数,用户栈切到内核栈,进入内核态。
  • 额外的检查(因为内核代码对用户不信任)。
  • 执行内核态代码。
  • 复制内核态代码执行结果,回到用户态。
  • 恢复用户态现场(上下文、寄存器、用户栈等)。

实际的过程,操作系统的工作会比上述描述的更复杂。

我们可以发现一次切换经历了【用户态 -> 内核态 -> 用户态】。

接下来我们就来详细讲讲什么是内核态、什么是用户态。在这之前我们得知道一个叫做CPU指令集的概念。

CPU指令集权限:

指令集是机器代码和硬件功能的对应,比如x86的指令集中010110代表把a和b加起来,而arm指令集10011代表把a和b加起来。同时 CPU指令集有权限分级

做权限分级的设计也很好理解:
如果谁都可以直接调用所有CPU指令,那如果你对硬件不熟悉,写的代码导致内核因为错误的操作而崩溃,会影响机器上所有的进程,这是不允许的。
而且对硬件的操作是比较复杂的,参数众多,出问题的几率相当大,所以操作系统内核直接屏蔽开发人员对硬件操作的可能。

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