Linux0.11内核--内核态与用户态

Linux0.11内核--内核态与用户态

内核态与用户态

intel x86 架构的 CPU 分 Ring0-Ring3 三种级别的运行模式，Ring0级别最高，Ring3 最低。

针对不同的 级别,有很多的限制,比如说传统的 in ,out 指令,就是端口的输入输出指令,在 Ring0 级下是可以用的,但在 Ring3 级下就不能用,你用就产生陷井,告诉你出错了,当然限制还有很多了,不只是这一点。

操作系统下是利用这个特点,当操作系统自己的代码运行时, CPU 就切成 Ring0 级,当用户的程序运行是就只让它在 Ring3 级运行,这样如果用户的程序想做什么破坏系统的事情的话,也没办法做到。

当然,低级别的程序是没法把自己升到高级别的,也就是说 用户程序运行在 Ring3 级,他想把自己变成 Ring0 级自己是做不到的,除非是操作系统帮忙。

例如：版主 可以删除你的贴子,你却不能删除 版主 的贴子 ,当然你也没法让自己变成 版主 ,除非 版主 把你升为 版主(或是系统有 bug ).....利用这个特性,操作系统就可以控制所有的程序的运行,确保系统的安全了. 平时把操作系统运行时的级别就叫内核态(因为是操作系统内核运行时的状态),而且普通用户程序运行时的那个级别叫用 户态。

当操作系统刚引导时, CPU 处于实模式,这时就相当于是 Ring0 级,于是操作系统就自动得到最高权限,然后切到保护模式时就是 Ring0 级,这时操作系统就占了先机,成为了最高级别的运行者,由于你的程序都是由操作系统来加载的,所以当它把你加载上来后,就把你的运行状态设为 Ring3 级,即最低级,然后才让你运行,所以没办法,你只能在最低级运行了,因为没办法把自己从低级上升到高级。

例如：这个论坛是由 版主 创立的,当时创立时就他一个用户,所以它就自然取得了最高权限了,即 版主 运行在 Ring0 级(内核态),然后他再让我们注册自己的账号,但是设置的权限是普通用户,所以我们一注册就只能是普通用户,即我们只能运行在 Ring3 级(用户级),我们没有更多的权限,所以我们只能任由 版主 "蹂躏" 了,看你不爽就删除你的贴子,踢你下线,加你进黑名单,永久封你的IP之类的,你除了发发牢骚之外也是无可奈何了, 这就是操作系统在 内核 态可以管理用户程序,杀死用户程序的原因了。Linux 环境下的内核态与用户态

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部分大家是共享的，是内核态的地址空间，这里存放在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。

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。

至于说保护模式，是说通过内存页 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。