Java随笔记 - 内核态和用户态

矫情吗；* 2022-12-25 00:54 192阅读 0赞

###  Java随笔记 - 内核态和用户态 ###

#### 常见误区 ####

*  拖更好久了，本咸鱼赶紧翻个身。前阵子在回顾IO相关的内容，昨天突然回忆起来挺久之前自己也踩过的一个误区，这里先大概提一下，顺便讲一讲老话题内核态和用户态，下一篇博客再详解一下这个误区。OK，大家都知道，我们所编写的用户程序在进行IO读写时，都是依赖于系统底层向上提供的系统调用，也就是read & write系统调用（不同的操作系统所使用的名称可能不一样，但是实现的效果基本是大同小异的，不再赘述）。误区就在这，read系统调用，并不是直接从物理设备上将数据读取到内存中（你的进程缓冲区中）；相应的，write系统调用，也不是直接将你的进程缓冲区中（内存中）的数据直接写入物理设备中。其实系统底层也有自己的缓冲区（内核缓冲区），这里可以先自行体会一下，看这篇博客中[Java随笔记 - BIO Socket 编程实例][Java_ - BIO Socket]的两个方法调用，socketOutputStream.flush( ) 和 fileOutputStream.flush( )，个人觉得flush( )这个函数调用能很形象的描述出系统底层IO的大致构造。

#### 内核态和用户态 ####

*  OK，下文不接上文，不急着去解决上述疑问，个人觉得内核态和用户态这个话题得先提一提。顾名思义，内核空间是Linux系统内核运行的空间，而用户空间则是用户程序运行的空间。不难想象，操作系统进行如此区分的最主要原因，就是为了保证系统内核的安全，毕竟用户程序的正确性、稳定性等，不太靠谱，用户程序崩溃是家常便饭，不能让用户程序的崩溃直接影响到操作系统的正常运行。
 *  大致的逻辑抽象图如下所示，可以看到，在内核空间中，可以进行与底层硬件相关的操作，包括文件管理、进程管理以及网络管理等；而在用户空间的话，则不能直接进行上述操作，需要通过系统调用（system call）从用户态陷入内核态，进行相应的系统调用，在完成相应的操作之后，再从内核态返回用户态（显然，这一套过程涉及了堆栈状态、内存状态的保存、切换以及恢复等，所以这种切换会有一定的耗时，这也是相应的代价）。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0pfX01heA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

*  其实上述的内核态和用户态，是针对CPU而言的，简单理解，就是在内核态下，CPU可以操作计算机硬件工作，而在用户态下则不行。再细化点来说，CPU指令是有特权级别划分的，级别高一点的指令（只能由操作系统执行，用户程序不能直接执行的指令）比如有IO操作、内存操作、时钟设置等，级别较低的指令，则是可以由用户程序执行的指令，比如算数指令、取数指令等。
 *  状态之间的切换
    
     *  用户态 -> 内核态：中断、异常、陷入机制（访管指令）
     *  内核态 -> 用户态：设置程序状态字PSW

[Java_ - BIO Socket]: https://jiangnanmax.blog.csdn.net/article/details/109690397
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