解释一下用户态和内核态

简要回答

• 用户态：用户态是CPU运行用户程序的一种模式，权限较低，不能直接访问硬件资源；用户态需要通过系统调用（System Call）请求内核态的服务。
• 内核态：内核态是CPU运行操作系统内核的一种模式，拥有最高权限，可以直接访问硬件资源；内核态负责管理系统的核心功能，如进程调度、内存管理、设备驱动等。

详细回答

• 用户态：当在用户空间执行应用程序自己的代码时，称为用户模式（User Mode），也称为用户态；当CPU处于用户态时只能运行部分指令，访问特定范围的内存空间，即用户空间，而应用程序的代码和数据保存在用户空间中。
• 内核态：用户程序调用系统API函数称为系统调用，一旦发生了系统调用，将暂停用户程序的执行，转而执行内核代码，访问内核空间，这称为内核模式（Kernel Mode），也称为内核态；处于内核态时可以运行全部指令，访问全部内存空间，具有对硬件的完全访问权限。
• 通常，内核态不直接运行用户程序（即便内核态可以访问用户空间），而是通过系统调用机制安全地与用户空间交互。具体来说，当用户程序需要执行某些特权操作时，它会通过 系统调用（System Call） 请求操作系统的服务。系统调用会触发从用户态到内核态的切换，此时CPU会执行操作系统提供的服务代码来完成用户请求的操作，执行完成后再转换为用户态继续执行用户程序。这种设计确保了系统的安全性与稳定性，同时实现了用户程序与内核的隔离。

知识图解

1. 计算机系统分层结构如下图所示：
   
   • 由上图可知，操作系统是最基本的系统软件，是计算机系统各类软硬件资源的管理者；它位于用户层和硬件层之间，向上提供服务、向下管理资源。
2. 内核态和用户态的转换，如下图所示：
   

知识拓展

• 进程间的切换无法直接通过硬件实现，因此还需要一层系统软件来对处理器和硬件资源进行抽象改造，这一层系统软件即为操作系统内核，内核是一组运行在内核态的程序模块。
• CPU中有一个寄存器叫＂程序状态字寄存器（PSW）＂，其中有个二进制位，可用1表示”内核态"，0表示"用户态"，亦可反之。