用戶態和內核態是如何切換的?
所有的用戶進程都是運行在用戶態的,但是我們上面也說了,用戶程序的訪問能力有限,一些比較重要的比如從硬盤讀取數據,從鍵盤獲取數據的操作則是內核態才能做的事情,而這些數據卻又對用戶程序來說非常重要。所以就涉及到兩種模式下的轉換,即用戶態 -> 內核態 -> 用戶態,而能夠做這些操作的只有系統調用,而能夠執行系統調用的就只有操作系統。
一般用戶態 -> 內核態的轉換我們都稱之為 trap 進內核,也被稱之為指令(trap instruction)。
他們的工作流程如下:
首先用戶程序會調用glibc庫,glibc 是一個標準庫,同時也是一套核心庫,庫中定義了很多關鍵 API。
glibc 庫知道針對不同體系結構調用系統調用的正確方法,它會根據體系結構應用程序的二進制接口設置用戶進程傳遞的參數,來準備系統調用。
然后,glibc 庫調用軟件中斷指令(SWI),這個指令通過更新CPSR寄存器將模式改為超級用戶模式,然后跳轉到地址0x08處。
到目前為止,整個過程仍處于用戶態下,在執行 SWI 指令后,允許進程執行內核代碼,MMU 現在允許內核虛擬內存訪問
從地址 0x08 開始,進程執行加載并跳轉到中斷處理程序,這個程序就是 ARM 中的vector_swi()。
在 vector_swi() 處,從 SWI 指令中提取系統調用號 SCNO,然后使用 SCNO 作為系統調用表sys_call_table的索引,調轉到系統調用函數。
執行系統調用完成后,將還原用戶模式寄存器,然后再以用戶模式執行。
什么是內核
在計算機中,內核是一個計算機程序,它是操作系統的核心,可以控制操作系統中所有的內容。內核通常是在 boot loader 裝載程序之前加載的個程序。
這里還需要了解一下什么是boot loader。
boot loader 又被稱為引導加載程序,能夠將計算機的操作系統放入內存中。在電源通電或者計算機重啟時,BIOS 會執行一些初始測試,然后將控制權轉移到引導加載程序所在的主引導記錄(MBR)。
什么是實時系統
實時操作系統對時間做出了嚴格的要求,實時操作系統分為兩種:硬實時和軟實時
硬實時操作系統規定某個動作必須在規定的時刻內完成或發生,比如汽車生產車間,焊接機器必須在某一時刻內完成焊接,焊接的太早或者太晚都會對汽車造成永久性傷害。
軟實時操作系統雖然不希望偶爾違反最終的時限要求,但是仍然可以接受。并且不會引起任何永久性傷害。比如數字音頻、多媒體、手機都是屬于軟實時操作系統。
你可以簡單理解硬實時和軟實時的兩個指標:是否在時刻內必須完成以及是否造成嚴重損害。
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