【操作系统】用户态和内核态

发布于 2021-05-06

机器指令是什么

机器指令，是CPU能识别和执行的最基本命令。

一条高级语言写的代码，经过编译，可能会生成多条机器指令。而程序运行的本质，就是CPU执行一条一条的机器指令。

CPU将机器指令分为了“特权指令”和“非特权指令”。

应用程序只能执行非特权指令，操作系统内核可以执行特权指令。

用户态又称目态。当运行的是应用程序时，称CPU处于用户态，只能执行非特权指令。

内核态又称核心态、管态。当运行的是内核程序时，称CPU处于内核态，可以执行特权指令。

用户态到内核态的转变，由中断信号引发，硬件自动完成转变过程。只要触发中断信号，操作系统就会抢占CPU的使用权。

CPU中存在一个寄存器，叫程序状态寄存器（PSW），它有一个二进制位，1表示处于内核态，0表示处于用户态。

核心态到用户态的转变，由一条修改PSW标志位的特权指令完成，将标志位置为0即表示回到了用户态。

“系统调用”是操作系统提供给应用程序使用的接口，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务。使用系统调用，可以保证系统的稳定性和安全性。

编程语言提供的库函数，有时会将系统调用封装起来，以隐藏一些调用细节，从而使编程更加方便。

系统调用具备的主要功能为：

系统调用的存在，使得用户可以使用操作系统内核提供的功能，有效区分了用户态和内核态。