为什么运行时程序要分成内核态和用户态

发布网友发布时间：2022-12-23 04:01

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热心网友时间：2024-10-23 20:07

        当我们在写程序是，凡是涉及到IO读写、内存分配等硬件资源的操作时，往往不能直接操作，而是通过一种叫系统调用的过程，让程序陷入到内核态运行，然后内核态的CPU执行有关硬件资源操作指令，得到相关的硬件资源后在返回到用户态继续执行，之间还要进行一系列的数据传输。如此麻烦，让用户程序直接访问硬件资源不是更好吗？

假设没有这种内核态和用户态之分，程序随随便便就能访问硬件资源，比如说分配内存，程序能随意的读写所有的内存空间，如果程序员一不小心将不适当的内容写到了不该写的地方，就很可能导致系统崩溃。用户程序是不可信的，不管程序员是有意的还是无意的，都很容易将系统干到崩溃。

    正因为如此，Intel就发明了ring0-ring3这些访问控制级别来保护硬件资源，ring0的就是我们所说的内核级别,要想使用硬件资源就必须获取相应的权限（设置PSW寄存器，这个操作只能由操作系统设置）。操作系统对内核级别的指令进行封装，统一管理硬件资源，然后向用户程序提供系统服务，用户程序进行系统调用后，操作系统执行一系列的检查验证，确保这次调用是安全的，再进行相应的资源访问操作。内核态能有效保护硬件资源的安全。

        另外，用户程序是通过内部中断来进行系统调用的，触发内部中断的指令是 INT N ，触发中断后CPU根据中断号到中断向量表中查找中断服务程序入口，中断服务程序的处理过程一般是，设置PSW状态字（设置了之后才能执行一切指令），保存用户态上下文，调用过程执行，执行完成恢复用户程序上下文。