操作系统运行环境——内核态与用户态PPT
操作系统是计算机系统的核心，它负责管理和调度计算机的各种资源，如CPU、内存、I/O设备等。为了实现这些功能，操作系统运行在特殊的运行环境中，这些环境被称...
操作系统是计算机系统的核心，它负责管理和调度计算机的各种资源，如CPU、内存、I/O设备等。为了实现这些功能，操作系统运行在特殊的运行环境中，这些环境被称为内核态和用户态。内核态和用户态概述内核态和用户态是操作系统设计中的两个重要概念，它们代表了操作系统代码的运行权限和环境。内核态也被称为系统态或特权态，它提供了操作系统最基础的功能和服务。用户态也被称为用户空间或非特权态，它提供了应用程序运行的环境。内核态内核态是计算机系统中最高权限的运行环境，只有操作系统内核的代码在这种状态下运行。在内核态下，操作系统可以访问计算机的所有硬件资源，执行敏感的操作系统功能，例如调度进程、管理内存、处理中断等。这些功能是用户态应用程序无法完成的，因为它们没有足够的权限访问硬件资源或执行特权操作。用户态用户态是应用程序运行的环境，它提供了一个隔离和受限制的执行空间。在用户态下，应用程序只能访问有限的硬件资源，执行非特权操作。用户态的主要目的是隔离应用程序的执行，防止其对系统资源进行未经授权的访问。同时，用户态也提供了一些系统调用接口，应用程序可以通过这些接口请求操作系统提供服务，例如文件读写、网络通信等。内核态与用户态的区别内核态和用户态在权限、功能和安全性方面存在明显的区别。权限级别内核态是计算机系统的最高权限级别，只有操作系统内核的代码在这种状态下运行。在内核态下，操作系统可以执行敏感的操作，例如对硬件进行控制、管理内存等。相比之下，用户态是较低权限级别的运行环境，应用程序在这种状态下运行。在用户态下，应用程序只能访问有限的硬件资源，执行非特权操作。功能内核态提供了操作系统最基础的功能和服务，例如进程调度、内存管理、设备驱动等。这些功能是用户态应用程序无法完成的，因为它们没有足够的权限访问硬件资源或执行特权操作。相反，用户态主要提供了应用程序运行的环境和系统调用接口。应用程序可以通过系统调用接口请求操作系统提供服务，例如文件读写、网络通信等。安全性内核态和用户态之间的安全级别差异很大。在内核态下运行的代码可以不受限制地访问计算机的所有硬件资源，这可能导致潜在的安全风险。如果内核中的代码被恶意攻击者利用，他们可能会获得系统权限并执行未授权的操作。相比之下，用户态提供了更严格的安全隔离，应用程序在这种状态下运行时受到限制和保护。通过限制应用程序对系统资源的访问和执行特权操作，可以增加系统的安全性。内核态与用户态的切换在计算机系统中，内核态和用户态之间的切换是由操作系统完成的。这种切换通常发生在系统调用或异常处理过程中。系统调用系统调用是应用程序请求操作系统服务的一种方式。当应用程序需要执行某些特权操作时，例如打开文件、网络通信等，它可以通过系统调用接口将控制传递给操作系统。系统调用会导致内核态和用户态之间的切换。在系统调用期间，应用程序将控制权暂时交给操作系统内核，然后内核执行相应的操作并将控制权返回给应用程序。这个过程中会发生内核态和用户态之间的切换。异常处理异常是指在程序执行过程中出现的特殊情况，例如除以零、无效内存访问等。当异常发生时，处理器会将控制权转移到操作系统内核中的异常处理程序。异常处理程序在内核态下执行，处理异常事件，然后返回用户态并将控制权交回给应用程序。在这种情况下，也会发生内核态和用户态之间的切换。
