操作系统

1. 用户态和内核态

1.1 介绍

为了保证计算机系统的安全性、稳定性和性能设计了用户态和内核态:

• 用户态(User Mode): 权限较低，如果需要特殊权限的操作（如读写磁盘、网络通信）则需要发起系统调用请求，进入内核态
• 内核态(Kernel Mode): 权限很高，当操作系统接收到进程的系统调用请求时，就会从用户态切换到内核态，执行相应的系统调用，并将结果返回后再切换回用户态

进入内核态需要执行一些列上下文切换和权限检查，开销较高

1.2 切换方式

1. 系统调用(Trap): 用户态主动要求切换
2. 中断(Interrupt): 外围设备操作完成后（如磁盘读取完成），会发起中断信号，此时CPU会转而处理中断对应的程序，若之前执行的是用户态的程序，则发生了切换
3. 异常(Exception): 用户态触发了事前不可知的异常时（如缺页），会切换至内核态执行异常处理

1.3 系统调用过程

1. 用户态的程序发起系统调用，因为系统调用中涉及一些特权指令（只能由操作系统内核态执行的指令），用户态程序权限不足，因此会中断执行，也就是 Trap（Trap 是一种中断）。
2. 发生中断后，当前 CPU 执行的程序会中断，跳转到中断处理程序。内核程序开始执行，也就是开始处理系统调用。
3. 内核处理完成后，主动触发 Trap，这样会再次发生中断，切换回用户态工作