操作系统CPU态(学习笔记二)

概念
简单来说就是CPU的工作状态；具体来说它是对资源和指令使用权限的描述。
比如HALT:停止CPU的工作；IN/OUT:执行I/O操作等特权指令，只有CPU工作在权限很高的态下才能使用这些指令。

态的分类
用户态：仅能访问部分资源，其他资源受限。一般通过用户程序访问资源
内核态：能够访问所有资源和执行所有指令（与用户态的最大差别）。存在于管理程序或OS内核中
管态：介于内核态与用户态之间

详细说一下内核态与用户态吧

用户态与内核态之间的转换
1.内核态转换到用户态

• 一般是执行中断返回：IRET

2.用户态转换到内核态

• 用户请求OS提供服务
• 发生中断
• 用户进程产生错误（内部中断）
• 用户态企图执行特权指令

硬件和OS对CPU的观察

• 硬件按 “态” 来区分CPU的状态
• OS按 “进程” 来区分CPU的状态

以一个简单的C程序举例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int sum(int a,int b){
	return a+b;
}

int main(){
	int x;
	x=sum(1,2);//这里调用sum函数，仍然在用户态
	printf("%d\n",x);//系统调用引发中断，用户态切换到内核态
	x=strlen("hello");//内核态转换到用户态
	printf("%d\n",x);//用户态再次通过系统调用转换到内核态
	return 0;
}

系统调用
是内核提供给用户的接口，使用户可以对内核操作。但需要进入内核态，才能调用。系统调用使用户进程进入内核的接口层，它本身并非内核函数，但它是由内核函数实现的，进入系统内核后，不同的系统调用会找到各自对应的内核函数。

强调一下：这里 printf() 是调用 write() 系统调用函数向标准输出设备写。通过一步步查看 printf() 的定义，会发现最后找到了write(), 而在C中并没有write()的具体代码实现。具体系统调用过程可参阅：https://blog.youkuaiyun.com/edonlii/article/details/20135059
strlen() 是c标准库的函数，无需系统调用。