性能分析（一）：linux系统概述

1.内核态与用户态

性能分析需要了解这些的原因：

• 用户态程序运行时一般均会受到内核态的影响，若内核态对用户态影响较大，统计内核态信息可以了解到是内核中的哪些行为导致对用户态产生影响；
• 有些用户态程序也需要依赖内核的某些操作，譬如I/O操作，(也就是说很少有用户程序不依赖于内核)

如果程序/进程存在较多的内核调用，说明进程在运行过程中，有可能被内核态任务频繁中断，应尽量避免这种情况
对于这个问题解决办法：(欢迎补充其他有效处理方法)

1. 采用绑核，譬如机器有8个CPU，那么我就绑定内核操作、中断等主要在0-5CPU，GW由于有两个线程，分别绑定到6、7CPU上（言外之意单核的cpu不适用）
2. 那么单核的cpu有什么有效的解决方法呢

1.1 笔记

内核态与用户态是操作系统的两种运行级别；跟是intel还是amd的cpu没有必然的联系。intel cpu提供Ring0-Ring3三种级别的运行模式，Ring0级别最高，Ring3最低。

• Linux使用了Ring3级别运行用户态,Ring0作为内核态（没有使用Ring1和Ring2)。Ring3状态不能访问Ring0的地址空间，包括代码和数据。
• Linux进程的4GB地址空间，3G-4G部分是内核态的地址空间，存放着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，是所有用户程序共享的
• 用户运行一个程序，该程序所创建的进程开始是运行在用户态的，如果要执行文件操作，网络数据发送等操作，必须通过write，send等系统调用，这些系统调用会调用内核中的代码来完成操作，这时，必 须切换到Ring0，然后进入3GB-4GB中的内核地址空间去执行这些代码完成操作，完成后，切换回Ring3，回到用户态。这样，用户态的程序就不能随意操作内核地址空间，具有一定的安全保护作用。
• 保护模式，指得是通过内存页表操作等机制保证进程间的地址空间不会互相冲突，一个进程的操作不会修改另一个进程的地址空间中的数据。

1.2 其他介绍

• 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。

区分用户态和内核态是为了：
限制不同的Application的访问内存，防止某个App获取其他程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络,

用户态与内核态的切换机制 也可以叫系统调用 在CPU中的实现称之为陷阱指令(Trap Instruction)

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。