讲解这部分之前,我们先阐述一个概念-内核控制路径:就是一段在内核态执行的代码,比如说,异常处理程序,中断处理程序,系统调用处理,内核线程等等在内核态执行的代码。所以,内核态程序被激活的方式有:
Unix/Linux的体系架构 📷 如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。 用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源,内核必须为上层应用提供访问的接口:即系统调用。 系统调用是操作系统的最小功能单位,这些系统调用根据不同的应用场景可以进行扩展和裁剪,现在各种版本的Uni
究竟什么是用户态,什么是内核态,这两个基本概念以前一直理解得不是很清楚,根本原因个人觉得是在于因为大部分时候我们在写程序时关注的重点和着眼的角度放在了实现的功能和代码的逻辑性上,先看一个例子:
本文以 32 位系统为例介绍内核空间(kernel space)和用户空间(user space)。
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。
3G-4G大部分是共享的,是内核态的地址空间。这里存放整个内核的代码和所有的内核模块以及内核所维护的数据。
一、 Unix/Linux的体系架构 如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应
内核态:cpu可以访问内存的所有数据,包括外围设备,例如硬盘,网卡,cpu也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。
用户空间:指的就是用户可以操作和访问的空间,这个空间通常存放我们用户自己写的数据等。
如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源,内核必须为上层应用提供访问的接口:即系统调用。
—>内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序 —>用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取
原文链接:https://www.cnblogs.com/viviwind/archive/2012/09/22/2698450.html
https://www.cnblogs.com/poloyy/category/1806772.html
作者简介: 王建峰,对于技术方向(主要是嵌入式领域的OS方向的系统应用)感兴趣,最近在学习操作系统基础。同时也是某芯原厂的驱动工程师,主要是gpu领域的驱动软件。https://gitee.com/hinzer/blog 1 概念介绍 1.1 什么是操作系统? 1.2 如何理解中断机制? 1.3 如何理解系统定时? 1.4 如何理解进程控制? 1.5 如何理解内存管理? 1.6 如何理解堆栈概念? 1.7 内核在源码中的体现? 1.8 如何理解系统调用? 1.9 如何理解特权级? 2 流程分析 2.1 引导
我们可以把内核想象成一个服务器,专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求,也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说,内核并不是串行运行,而是交错执行。既然是交错执行,就会产生竞态条件,我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。
多任务系统中, 内核负责管理各个任务, 或者说为每个任务分配CPU时间, 并且负责任务之间的通讯.
经过不断地迭代,内核目前已经非常庞大,有上百万的代码。内核的执行是按需的,例如当用户级别的应用程序发起了系统调用,或者设备发送了一个中断(interrupt)的时候。另外,某些内核线程回异步执行一些维护性的工作,可能包含内核时钟程序以及内存管理任务,但是这些任务都会尽量保持轻量级并只占用很少的 CPU 资源。
在 Linux 操作系统中,进程的运行空间被划分为内核空间和用户空间,这种划分是为了保护系统的稳定性和安全性。这两个空间对应着 CPU 的特权等级,分别为 Ring 0(内核态)和 Ring 3(用户态)。本文将深入介绍这两个空间的概念、特权等级的含义以及它们之间的切换机制。
内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。
我们或许经常听说过内核抢占,可是我们是否真正理解它呢?内核抢占和抢占式内核究竟有什么关系呢?抢占计数器究竟干什么用?... 本文我们就来好好讨论下,关于内核抢占的一些技术细节,力求让大家理解内核抢占。
当用户态进程发起一个系统调用, CPU 将切换到 内核态 并开始执行一个 内核函数 。 内核函数负责响应应用程序的要求,例如操作文件、进行网络通讯或者申请内存资源等。
在高执行级别下,代码可以执行特权指令,访问任意的物理地址,这种CPU执行级别就对应着内核态。
对于性能来说,cpu的调度逻辑是影响性能的主要来源,本文主要来介绍下cpu跟性能相关的调度逻辑和排障工具。
后面几篇文章开始整理多路复用相关的知识,特别是epoll相关的原理介绍。本篇文章是第1篇文章,也是后续知识的基础,笔者觉得只有真正弄清楚了内核态和用户态,才能更好的理解后续的知识。
先说明两个概念:中断和系统调用 一 系统调用: 是应用程序(运行库也是应用程序的一部分)与操作系统内核之间的接口,它决定了应用程序是如何和内核打交道的。 1, Linux系统调用:2.6.19版内核提供了319个系统调用。比如 exit fork read open close …… 2, 对Windows来说,操作系统提供给应用程序的接口不是系统调用,而是API。比如:ReadFile。我们暂时把API和系统调用等同起来 3, Linux中,每个系统调用对应一个系统调用号,内核维护了一个系统调
而且这个问题还关联到了我们后面要学习的多线程、I/O 模型、网络优化等。 所以这是一道很不错的面试题目,它不是简单考某个概念,而是通过让求职者比较两种东西,从而考察你对知识整体的认知和理解。
vmstat是一个很全面的性能分析工具,可以观察到系统的进程状态、虚拟内存使用、磁盘的IO、中断、上下文切换、CPU使用等情况。在操作系统性能分析中,能100%理解vmstat输出的含义并灵活应用,是性能分析必备的基本能力。
linux驱动程序一般工作在内核空间,但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析,什么是内核空间,什么是用户空间,以及如何判断他们。 Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为“内核空间”。而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。 Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图),每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。 内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯? 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。 如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动? 判断的标准是什么? 用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问,如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此,主要的判断依据就是系统调用。 内核空间和用户空间上不同太多了,说不完,比如用户态的链表和内核链表不一样;用户态用printf,内核态用printk;用户态每个应用程序空间是虚拟的,相对独立的,内核态中却不是独立的,所以编程要非常小心。等等。 还有用户态和内核态程序通讯的方法很多,不单单是系统调用,实际上系统调用是个不好的选择,因为需要系统调用号,这个需要统一分配。 可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
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有这样一个场景,有两台服务器A,B。你在A服务器上写了一个程序,这个程序功能是将服务器A的数据拷贝到服务器B上。这个功能会经历下面几步。
在计算机科学中,操作系统是管理计算机硬件与软件资源的核心软件,它负责分配和调度计算机资源,提供各种服务以支持应用程序的运行。操作系统中的用户态和内核态是两个重要的概念,它们定义了应用程序和操作系统之间的交互方式。这篇文章我们将详细解释这两个概念,以及它们在操作系统中的作用和意义。
linux的kernel内核外是系统调用,系统调用外是shell、库函数,而应用程序则在最外层
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当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状态。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核代码。当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。
CPU上下文其实是一些环境正是有这些环境的支撑,任务得以运行,而这些环境的硬件条件便是CPU寄存器和程序计数器。CPU寄存器是CPU内置的容量非常小但是速度极快的存储设备,程序计数器则是CPU在运行任何任务时必要的,里面记录了当前运行任务的行数等信息,这就是CPU上下文。
前面的几篇文章里讨论过了进程上下文切换和系统调用对系统性能的影响,我们今天再来看另外一个CPU吃货,那就是软中断。
当谈到系统调用(system call)时,我们首先映入脑海的差不多就是软中断、内核态、用户态。开宗明义第一章,我想让大家先要重新认识一下『系统调用』这个词。
信号处理是写任何服务程序都逃避不了的问题。比如写TCP服务程序,一般都要将SIGPIPE设置为SIG_IGN。—— 当TCP连接由内核判定为已“中断”或者说“断连”,而应用层还在尝试往这个连接对应的套接字写入数据时,就会产生SIGPIPE信号。如果应用程序没有注册过SIGPIPE信号处理函数,内核则会执行SIGPIPE的默认处理即终止当前进程。但是对于TCP服务来说,出现这种情况是属于正常范围内(譬如对端直接RST了连接),所以服务程序应该直接设置忽略SIGPIPE。
java的线程是映射到操作系统原生线程之上的,如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入,需要在户态与核心态之间切换,这种切换会消耗大量的系统资源,因为用户态与内核态都有各自专用的内存空间,专用的寄存器等,用户态切换至内核态需要传递给许多变量、参数给内核,内核也需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等,以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作。
该文介绍了中断和异常的基本概念、分类,以及Linux 中中断和异常的处理方式,包括硬件中断、软件中断和异常的分类和处理。
系统调用是应用程序(包含运行库)与操作系统内核的接口,它决定了应用程序如何与内核打交道。在现在的操作系统系统里,程序运行的时候,本身是没有权利访问系统的资源,由于系统有限的资源有可能被不同的应用程序同时访问,因此,如果不加以保护,各个应用程序的冲突在所难免。所以现代操作系统都尽可能的把冲突的资源保护起来,阻止程序直接访问。这些资源,包括文件、网络、IO、各种设备等。
1、高位地址:栈(存放着局部变量和函数参数等数据),向下生长 (可读可写可执行)
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