内核态与用户态（区别与通讯）

我们知道每种cpu都有所属的指令集架构，指令集与硬件架构息息相关，这块知识展开又如海洋般浩瀚，自然不是我的能力所及，仅将指令集抽象类理解为软件控制硬件的媒介。本文一切就由指令集这一软硬件分界说起。

1. cpu指令集权限

硬件设备商直接提供了硬件级别的支持，将cpu指令集设置权限分级，不同级别能使用的指令集是有限的，以Intel CPU为例，Intel将指令集由高到低分为：

• ring 0
• ring 1
• ring 2
• ring 3
  其中 ring 0 可以使用所有指令集，ring 3 只能使用长阔指令集，不能使用操作硬件资源的指令，比如 IO 读写，网卡访问，内存申请都不行，Linux系统仅采用 ring 0 和 ring 3 这两个权限

2. 内核态与用户态

高情商：

• ring 0 被叫做内核态，完全在操作系统内核中执行
• ring 3 被叫做用户态，在应用程序中运行
  低情商
• 执行内核空间的代码，具有ring 0保护级别，有对硬件的所有操作权限，可以执行所有cpu指令集，访问任意地址的内存，在内核模式下的任何异常都是灾难性的，将会导致整台机器停机。
• 在用户模式下，具有ring 3保护级别，代码没有对硬件的直接控制权限，也不能直接访问地址的内存，程序是通过调用系统接口(System Call APIs)来达到访问硬件和内存，在这种保护模式下，即使程序发生崩溃也是可以恢复的，大多数程序运行于用户模式。

3. 用户态和内核态的空间

每个进程都有两个栈，分别是用户栈和内核栈， 对应用户态和内核态的使用

以linux32位操作系用为例，它的寻址空间是4G，每个进程会分配4G的虚拟空间地址，操作系统会把高位 1G划为内核空间，仅由内核访问， 低位 3G为用户空间，由用户和内核共享，所有进程的内核空间是共享的。

4. 内核态与用户态的切换

三种情况会导致切换：

• 系统调用(int 80h)
• 异常
• 中断

5. 内核态与用户态的通信

1. procfs(/proc) 是进程文件系统的缩写，完全位于内存之中，通常挂载与/proc目录下。内核通过这个目录以文件的形式展现自己的内部信息，这些文件具有不同的读写权限，是用户态和内核态间交互的一个桥梁。
2. sysfs(/sys) Linux 2.6才引入的一种虚拟文件系统，类似procfs， 区别在于sysfs是将一些原本在procfs中的关于设备和驱动的部分独立出来，以设备树的形式呈现给用户，不仅可以从内核空间读取设备和驱动程序的信息，也可以对设备和驱动进行配置。
3. sysctl， 一个linux命令，本质上通过修改/proc/sys目录进行用户态和内核态的通信，支持使用/etc/sysctl.conf进行批量修改
4. netlink 是linux用户态和内核态通信最常用的一种方式。 本质上是一种socket。