1. 基本概念#

• 用户态（User Mode）

  • 用户程序运行的状态，只能访问受限的资源。
  • 无法直接访问硬件设备或内核数据结构。
  • 当需要执行敏感操作（如磁盘读写、网络通信）时，需要通过系统调用进入内核态。
  • 主要用于运行应用程序、库函数等。

• 内核态（Kernel Mode）

  • 操作系统内核运行的状态，具有最高权限。
  • 可以直接访问硬件资源和系统内存。
  • 负责进程管理、内存管理、设备管理、文件系统、网络协议栈等核心功能。
  • 系统调用的请求会触发用户态切换到内核态执行。

2. 用户空间与内核空间#

• 内核空间（Kernel Space）

  • 存放操作系统内核代码、数据结构。
  • 拥有完整的资源访问权限。

• 用户空间（User Space）

  • 为应用程序分配的内存区域。
  • 应用程序无法直接操作硬件或内核数据，需要通过系统调用与内核交互。

3. 切换过程#

• 当用户程序调用系统调用接口（如 open()、read()）时：

  1. 从用户态切换到内核态。
  2. 内核完成对应的底层操作（如文件打开、设备读写）。
  3. 返回结果，再切换回用户态。

4. 区别与特点#

5. 优化点#

• 频繁切换用户态与内核态会带来性能开销（上下文切换 + 权限检查）。
• 因此在系统设计中，会尽量减少不必要的内核调用次数。