用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換

?1）用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)的3種方式

a. 系統(tǒng)調(diào)用 這是用戶態(tài)進(jìn)程主動要求切換到內(nèi)核態(tài)的一種方式，用戶態(tài)進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用申請使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)程序完成工作，比如前例中fork()實際上就是執(zhí)行了一個創(chuàng)建新進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的機制其核心還是使用了操作系統(tǒng)為用戶特別開放的一個中斷來實現(xiàn)，例如Linux的int 80h中斷。系統(tǒng)調(diào)用實質(zhì)上是一個中斷，而匯編指令int 就可以實現(xiàn)用戶態(tài)向內(nèi)核態(tài)切換，iret實現(xiàn)內(nèi)核態(tài)向用戶態(tài)切換 b. 異常 當(dāng)CPU在執(zhí)行運行在用戶態(tài)下的程序時，發(fā)生了某些事先不可知的異常，這時會觸發(fā)由當(dāng)前運行進(jìn)程切換到處理此異常的內(nèi)核相關(guān)程序中，也就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)，比如缺頁異常。

c. 外圍設(shè)備的中斷 當(dāng)外圍設(shè)備完成用戶請求的操作后，會向CPU發(fā)出相應(yīng)的中斷信號，這時CPU會暫停執(zhí)行下一條即將要執(zhí)行的指令轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號對應(yīng)的處理程序，如果先前執(zhí)行的指令是用戶態(tài)下的程序，那么這個轉(zhuǎn)換的過程自然也就發(fā)生了由用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。比如硬盤讀寫操作完成，系統(tǒng)會切換到硬盤讀寫的中斷處理程序中執(zhí)行后續(xù)操作等。 這3種方式是系統(tǒng)在運行時由用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)的最主要方式，其中系統(tǒng)調(diào)用可以認(rèn)為是用戶進(jìn)程主動發(fā)起的，異常和外圍設(shè)備中斷則是被動的。

?2）具體的切換操作 從觸發(fā)方式上看，可以認(rèn)為存在前述3種不同的類型，但是從最終實際完成由用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換操作上來說，涉及的關(guān)鍵步驟是完全一致的，沒有任何區(qū)別，都相當(dāng)于執(zhí)行了一個中斷響應(yīng)的過程，因為系統(tǒng)調(diào)用實際上最終是中斷機制實現(xiàn)的，而異常和中斷的處理機制基本上也是一致的，關(guān)于它們的具體區(qū)別這里不再贅述。關(guān)于中斷處理機制的細(xì)節(jié)和步驟這里也不做過多分析，涉及到由用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)的步驟主要包括：

從當(dāng)前進(jìn)程的描述符中提取其內(nèi)核棧的ss0及esp0信息。

?使用ss0和esp0指向的內(nèi)核棧將當(dāng)前進(jìn)程的cs,eip,eflags,ss,esp信息保存起來，這個 過程也完成了由用戶棧到內(nèi)核棧的切換過程，同時保存了被暫停執(zhí)行的程序的下一條指令。

將先前由中斷向量檢索得到的中斷處理程序的cs,eip信息裝入相應(yīng)的寄存器，開始 執(zhí)行中斷處理程序，這時就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)的程序執(zhí)行了。

總結(jié)

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