MS-DOS等操作系統(tǒng)在單一的CPU模式下運行，但是一些類Unix的操作系統(tǒng)則使用了雙模式，可以有效地實現(xiàn)時間共享。在Linux機器上，CPU要么處于受信任的內(nèi)核模式，要么處于受限制的用戶模式。除了內(nèi)核本身處于內(nèi)核模式以外，所有的用戶進程都運行在用戶模式之中。
內(nèi)核模式的代碼可以無限制地訪問所有處理器指令集以及全部內(nèi)存和I/O空間。如果用戶模式的進程要享有此特權(quán)，它必須通過系統(tǒng)調(diào)用向設(shè)備驅(qū)動程序或其他內(nèi)核模式的代碼發(fā)出請求。另外，用戶模式的代碼允許發(fā)生缺頁，而內(nèi)核模式的代碼則不允許。
在2.4和更早的內(nèi)核中，僅僅用戶模式的進程可以被上下文切換出局，由其他進程搶占。除非發(fā)生以下兩種情況，否則內(nèi)核模式代碼可以一直獨占CPU:
(1) 它自愿放棄CPU;
(2) 發(fā)生中斷或異常。
2.6內(nèi)核引入了內(nèi)核搶占，大多數(shù)內(nèi)核模式的代碼也可以被搶占。
下面是從網(wǎng)上貼過來的，可能說的更明白一些。
一、內(nèi)核空間和用戶空間
Linux簡化了分段機制，使得虛擬地址與線性地址總是一致，因此，Linux的虛擬地址空間也為0~ 4G.Linux內(nèi)核將這4G字節(jié)的空間分為兩部分。將最高的1G字節(jié)(從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)，供內(nèi)核使用，稱為"內(nèi)核空間".而將較低的3G字節(jié)(從虛擬地址0x00000000到0xBFFFFFFF)，供各個進程使用，稱為"用戶空間")。因為每個進程可以通過系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核，因此，Linux內(nèi)核由系統(tǒng)內(nèi)的所有進程共享。于是，從具體進程的角度來看，每個進程可以擁有4G字節(jié)的虛擬空間。
二、內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)
當(dāng)一個任務(wù)(進程)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而陷入內(nèi)核代碼中執(zhí)行時，我們就稱進程處于內(nèi)核運行態(tài)(或簡稱為內(nèi)核態(tài))。此時處理器處于特權(quán)級最高的(0級)內(nèi)核代碼中執(zhí)行。當(dāng)進程處于內(nèi)核態(tài)時，執(zhí)行的內(nèi)核代碼會使用當(dāng)前進程的內(nèi)核棧。每個進程都有自己的內(nèi)核棧。當(dāng)進程在執(zhí)行用戶自己的代碼時，則稱其處于用戶運行態(tài)(用戶態(tài))。即此時處理器在特權(quán)級最低的(3級)用戶代碼中運行。當(dāng)正在執(zhí)行用戶程序而突然被中斷程序中斷時，此時用戶程序也可以象征性地稱為處于進程的內(nèi)核態(tài)。因為中斷處理程序?qū)⑹褂卯?dāng)前進程的內(nèi)核棧。這與處于內(nèi)核態(tài)的進程的狀態(tài)有些類似。
三、進程上下文和中斷上下文
處理器總處于以下狀態(tài)中的一種：
1、內(nèi)核態(tài)，運行于進程上下文，內(nèi)核代表進程運行于內(nèi)核空間;
2、內(nèi)核態(tài)，運行于中斷上下文，內(nèi)核代表硬件運行于內(nèi)核空間;
3、用戶態(tài)，運行于用戶空間。
用戶空間的應(yīng)用程序，通過系統(tǒng)調(diào)用，進入內(nèi)核空間。這個時候用戶空間的進程要傳遞很多變量、參數(shù)的值給內(nèi)核，內(nèi)核態(tài)運行的時候也要保存用戶進程的一些寄存器值、變量等。所謂的"進程上下文",可以看作是用戶進程傳遞給內(nèi)核的這些參數(shù)以及內(nèi)核要保存的那一整套的變量和寄存器值和當(dāng)時的環(huán)境等。
硬件通過觸發(fā)信號，導(dǎo)致內(nèi)核調(diào)用中斷處理程序，進入內(nèi)核空間。這個過程中，硬件的一些變量和參數(shù)也要傳遞給內(nèi)核，內(nèi)核通過這些參數(shù)進行中斷處理。所謂的"中斷上下文",其實也可以看作就是硬件傳遞過來的這些參數(shù)和內(nèi)核需要保存的一些其他環(huán)境(主要是當(dāng)前被打斷執(zhí)行的進程環(huán)境)。
下載文檔
