内核态和用户态区别(内核态和用户态区别的重要性)

内核态和用户态区别的重要性

区别：

1、定义不同：

核态沸腾即核沸腾（nuclearboiling）是指发生在固体-液体界面上的一种传热形式。

膜态沸腾是指在加热壁面上生成一层连续的蒸汽膜覆盖壁面产生蒸汽的现象，该现象可在普通锅炉的蒸发管、核电厂蒸汽发生器传热管、反应堆堆芯冷却剂通道中见到。

2、发生状态的阶段不同

△t>2.2℃,加热面上有气泡产生,给热系数随△t急剧上升,此阶段为核状沸腾;△t增大到一定数值时,加热面上的汽化核心继续增多,旗袍在脱离加热面之前便相互连接,形成气膜,把加热面与液体隔开,随△t的增大,给热系数下降,此阶段为不稳定膜状沸腾;从核状沸腾到膜状沸腾的转折点为临界点。

关于用户态和内核态的关系

1. Linux内核版本与linux发行版本的区别：LINUX内核版本是指系统内核的版本号，LINUX的内核具有两种不同的版本号，实验版本和产品化版本。首先解释一下什么是Linux发行版(英文名称是Linux Distribution)。Linux实际上是一种开放源代码的操作系统内核，通常我们说的Linux指的是基于Linux内核的操作系统。 2. Linux操作系统包括Linux内核和Linux用户态程序，Linux内核和Linux用户态程序都是开放源代码的，绝大多数软件代码遵循GPL协议，任何人拿到这些代码都可以对这些代码进行修改和分发。 3. 由于Linux上代码的高度自由，很多公司和组织都推出了自己的Linux操作系统，这些Linux操作系统我们就叫做Linux发行版。各种不同的Linux发行版的共同点就是都使用了Linux内核，不同的Linux发行版的内核可能有一些小的修改。 1. 要确定 LINUX版本 的类型，只要查看一下版本号：每一个版本号由三位数字组成，第二位数字说明版本类型。如果第二位数字是偶数则说明这种版本是产品化版本，如果是奇数说明是实验版本。 2. 如2.4.18是产品化版本，2.5.21是实验版本。查看 linux内核版本 命令：uname -r Linux发行版本 是指一些 Linux厂商 将 LINUX系统内核 与应用软件及文档包装在一起，并提供一些安装界面和系统设定与管理工具，这就构成了一个发行套件。

内核态和用户态区别的重要性是什么

1.操作系统需要两种CPU状态

内核态（Kernel Mode）：运行操作系统程序，操作硬件

用户态（User Mode）：运行用户程序

2.指令划分

特权指令：只能由操作系统使用、用户程序不能使用的指令。 举例：启动I/O 内存清零 修改程序状态字 设置时钟 允许/禁止终端 停机

非特权指令：用户程序可以使用的指令。 举例：控制转移 算数运算 取数指令 访管指令（使用户程序从用户态陷入内核态）

3.特权级别

特权环：R0、R1、R2和R3

R0相当于内核态，R3相当于用户态；

不同级别能够运行不同的指令集合；

4.CPU状态之间的转换

用户态—>内核态：唯一途径是通过中断、异常、陷入机制（访管指令）

内核态—>用户态：设置程序状态字PSW

5.内核态与用户态的区别

内核态与用户态是操作系统的两种运行级别，当程序运行在3级特权级上时，就可以称之为运行在用户态。因为这是最低特权级，是普通的用户进程运行的特权级，大部分用户直接面对的程序都是运行在用户态；

当程序运行在0级特权级上时，就可以称之为运行在内核态。

运行在用户态下的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序。当我们在系统中执行一个程序时，大部分时间是运行在用户态下的，在其需要操作系统帮助完成某些它没有权力和能力完成的工作时就会切换到内核态（比如操作硬件）。

这两种状态的主要差别是

处于用户态执行时，进程所能访问的内存空间和对象受到限制，其所处于占有的处理器是可被抢占的

处于内核态执行时，则能访问所有的内存空间和对象，且所占有的处理器是不允许被抢占的。

6. 通常来说，以下三种情况会导致用户态到内核态的切换

系统调用这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式，用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作。比如前例中fork()实际上就是执行了一个创建新进程的系统调用。

而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，例如Linux的int 80h中断。

用户程序通常调用库函数，由库函数再调用系统调用，因此有的库函数会使用户程序进入内核态（只要库函数中某处调用了系统调用），有的则不会。

异常当CPU在执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。

外围设备的中断当外围设备完成用户请求的操作后，会向CPU发出相应的中断信号，这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序，

如果先前执行的指令是用户态下的程序，那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。比如硬盘读写操作完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后续操作等。

这3种方式是系统在运行时由用户态转到内核态的最主要方式，其中系统调用可以认为是用户进程主动发起的，异常和外围设备中断则是被动的。

内核态和用户态的运行空间

当一个任务（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（或简称为内核态）。

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。

内核态和用户态通信

内核态和用户态的区别表现在权限和功能上。内核态拥有更高的系统权限，可以执行所有的系统指令和访问所有的硬件资源，在操作系统内核运行时使用；用户态则是普通进程运行的态势，没有访问敏感数据和操作系统关键资源的权限，只能访问自身空间内的数据。内核态主要用于操作系统内核的开发和维护，而用户态则是运行各种应用程序的状态。此外，内核态和用户态之间的切换需要耗费一定的系统资源，因此在设计和开发应用程序时，需要注意减少内核态和用户态之间的频繁切换。

内核态与用户态

1）内核编程时不能访问C库。

2）内核编程时必须使用GNU C。

3）内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制。

4）内核编程时浮点数很难使用。

5）内核只有一个很小的定长堆栈。

6）由于内核支持异步中断，抢占和SMP，因此必须时刻注意同步和并发。

7）要考虑可移植性的重要性。

内核态和用户态的定义

内核是操作系统的内部核心程序，它向外部提供了对计算机设备的核心管理调用。我们将操作系统的代码分成2部分。内核所在的地址空间称作内核空间。而在内核以外的统称为外部管理程序，它们大部分是对外围设备的管理和界面操作。

外部管理程序与用户进程所占据的地址空间称为外部空间。通常，一个程序会跨越两个空间。当执行到内河空间的一段代码时，我们称程序处于内核态，而当程序执行到外部空间代码时，我们称程序处于用户态

内核态和用户态区别的重要性有哪些

1、程序的运行过程，实际上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的执行过程。

当程序要执行的部分被装载到内存后，CPU要从内存中取出指令，然后指令解码(以便知道类型和操作数，简单的理解为CPU要知道这是什么指令)，然后执行该指令。再然后取下一个指令、解码、执行，以此类推直到程序退出。

2、这个取指、解码、执行三个过程构成一个CPU的基本周期。

3、每个CPU都有一套自己可以执行的专门的指令集(注意，这部分指令是CPU提供的，CPU-Z软件可查看)。

正是因为不同CPU架构的指令集不同，使得x86处理器不能执行ARM程序，ARM程序也不能执行x86程序。（Intel和AMD都使用x86指令集，手机绝大多数使用ARM指令集）。

注：指令集的软硬件层次之分：硬件指令集是硬件层次上由CPU自身提供的可执行的指令集合。软件指令集是指语言程序库所提供的指令，只要安装了该语言的程序库，指令就可以执行。

4、由于CPU访问内存以得到指令或数据的时间要比执行指令花费的时间长很多，因此在CPU内部提供了一些用来保存关键变量、临时数据等信息的通用寄存器。

所以，CPU需要提供 一些特定的指令，使得可以从内存中读取数据存入寄存器以及可以将寄存器数据存入内存。

此外还需要提供加法、减、not/and/or等基本运算指令，而乘除法运算都是推算出来的(支持的基本运算指令参见ALU Functions)，所以乘除法的速度要慢的多。这也是算法里在考虑时间复杂度时常常忽略加减法次数带来的影响，而考虑乘除法的次数的原因。

5、除了通用寄存器，还有一些特殊的寄存器。典型的如：

PC：program counter，表示程序计数器，它保存了将要取出的下一条指令的内存地址，指令取出后，就会更新该寄存器指向下一条指令。

堆栈指针：指向内存当前栈的顶端，包含了每个函数执行过程的栈帧，该栈帧中保存了该函数相关的输入参数、局部变量、以及一些没有保存在寄存器中的临时变量。

PSW：program status word，表示程序状态字，这个寄存器内保存了一些控制位，比如CPU的优先级、CPU的工作模式(用户态还是内核态模式)等。