「java用户态到内核态」java直接内存是内核态还是用户态

今天给各位分享java用户态到内核态的知识，其中也会对java直接内存是内核态还是用户态进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

本文目录一览：

• 1、JAVA虚拟机是运行在内核态还是用户态
• 2、从用户状态转换到核心状态是通过什么实现的?
• 3、用户态与内核态
• 4、内核态和用户态
• 5、当一个线程从用户态进入到内核态时,需要进行哪些切换?
• 6、进程在什么情况下从用户态切换到内核态？相应的堆栈是如何切换的

JAVA虚拟机是运行在内核态还是用户态

用户态的，只有当你需要访问硬件或者是从虚拟机出来的时候才会进入内核态，但是处理完就出来了。

从用户状态转换到核心状态是通过什么实现的?

用户态和内核态的转换

1）用户态切换到内核态的3种方式

a. 系统调用 这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式，用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作，比如前例中fork()实际上就是执行了一个创建新进程的系统调用。而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，例如Linux的int 80h中断。系统调用实质上是一个中断，而汇编指令int 就可以实现用户态向内核态切换，iret实现内核态向用户态切换 b. 异常 当CPU在执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。

c. 外围设备的中断 当外围设备完成用户请求的操作后，会向CPU发出相应的中断信号，这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序，如果先前执行的指令是用户态下的程序，那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。比如硬盘读写操作完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后续操作等。 这3种方式是系统在运行时由用户态转到内核态的最主要方式，其中系统调用可以认为是用户进程主动发起的，异常和外围设备中断则是被动的。

2）具体的切换操作 从触发方式上看，可以认为存在前述3种不同的类型，但是从最终实际完成由用户态到内核态的切换操作上来说，涉及的关键步骤是完全一致的，没有任何区别，都相当于执行了一个中断响应的过程，因为系统调用实际上最终是中断机制实现的，而异常和中断的处理机制基本上也是一致的，关于它们的具体区别这里不再赘述。关于中断处理机制的细节和步骤这里也不做过多分析，涉及到由用户态切换到内核态的步骤主要包括：

从当前进程的描述符中提取其内核栈的ss0及esp0信息。

使用ss0和esp0指向的内核栈将当前进程的cs,eip,eflags,ss,esp信息保存起来，这个 过程也完成了由用户栈到内核栈的切换过程，同时保存了被暂停执行的程序的下一条指令。

将先前由中断向量检索得到的中断处理程序的cs,eip信息装入相应的寄存器，开始 执行中断处理程序，这时就转到了内核态的程序执行了。

用户态与内核态

在计算机的指令中，引入了指令级别的概念，Window下分为0~3级，Linux下分为0、3两级；

分级主要是为了区分不同的程序有不同的指令执行权限；

在搞清楚用户态与内核态之前，首先需要搞清楚，用户态和内核态是针对谁描述的？

也看了网上不少资源，很多博客会直接对用户态与内核态的区别直接上手做分析，但实际上了解这两者是针对谁而言，对之后的学习也非常有效果。

这里用户态与内核态是针对CPU而言的，是CPU的两种运行状态，也就是说再任意时刻CPU要么处于内核态要么处于用户态。

这里的原因主要处于操作系统的安全性考虑；

设想一下，如果CPU没有内核态与用户态的概念，完全是一视同仁，所有用户编写的程序可以访问一切硬件资源包括内存。这种情况下写个病毒程序就太容易了，只要运行起来之后把内存的数据随便迁移，这样的场景对于整个系统安全性来说绝对是极其糟糕的。

因此来说，计算机所有硬件资源的使用权应该仅仅收回给操作系统，用户态的程序无权进行访问，如果用户态的程序需要调用硬件资源如读取网卡的数据，必须通过操作系统层面进行操作。

内核态程序执行完毕

我们都知道程序在执行的过程中是离不开栈的数据结构，操作系统在创建程序进程的同时会创建与该程序对应的两个栈结构，分别用于用户态程序执行与内核态程序执行。

当用户态与内核态相互切换的时候，CPU要切换到不同的栈去执行程序，至于为什么不能共用一个栈结构，多半也是为了安全考虑，分为两个栈也就是两片内存区域天然就有了隔离性，自然也就安全了。

本文大体描述了内核态与用户态之间的联系，但创作背景是在没有完全看完权威的操作系统相关书籍情况下编写。上述知识大多数来源于网络上的博客或B站视频，可能其中存在不严谨的语句甚至错误，还请大家勘误。

内核态和用户态

用户态和内核态：

操作系统一般有级别划分0-3，0是特权级级别最高，一般的应用程序运行在3最低级别（用户态，用户内存空间），而内核态属于0级别，有内核空间，处理一些关键性的东西比如分配内存，读写I/O，涉及TCP协议以及驱动程序等。内核态把应用程序和操作系统硬件底层分离开，保障了硬件的安全性。用户的应用程序一般运行于用户态，当进行I/O读写操作，网络数据发送（执行系统调用，处理中断异常，进程调度上CPU）等，会进行切换，从用户态切换到内核态，用户态进行中断，拷贝用户态信息指令等暂存到内核栈（用户态副本），内核态开始处理，处理结束切换回用户态（内核态副本清空），接着处理应用程序。

一个客户端的访问流程也不是直接请求到用户应用，数据报被缓存到内核空间，服务器端recvform首先切换到内核态，读取内核数据报复制到用户空间（网络数据存储到内核空间），然后进行调用

linux信号量运行流程：

当对一个进程进行kill操作时，其实相当于一个进程对另一个进程进行了信号量软中断操作，也就是在另一个进程的信号表对应域做了处理，当另一个进程进行系统调用或CPU切换等操作时，会从用户态转入内核态，进行副本拷贝等。处理结束切换回用户态前，会查看当前信号表是否有待处理信号，如果有，把之前内核栈保存的副本拷贝回用户态，内核态地址指向信号处理函数地址，清除内核栈，切换回用户态处理信号，处理结束重新返回内核态，压入之前的副本拷贝，查看是否还有信号量需要处理，没有的话返回地址重新指向之前的应用程序，切回用户态，清除内核态数据。

虚拟内存和物理内存：

物理内存其实就是存储的实际的数据，对应内存条，虚拟内存存的是物理内存地址，通过页管理让虚拟和物理内存产生映射，当程序编译指示给了虚拟内存建立了表，数据和程序仍然存在在磁盘，当进行运行时磁盘被有选择的加载到物理内存（物理内存不存在数据去磁盘交换）。

虚拟内存分为用户空间和内核空间（对应到物理内存对应位置），其实操作虚拟内存就是类似操作物理内存。

当一个线程从用户态进入到内核态时,需要进行哪些切换?

1、几乎所有的程序都要切换到内核态运行再返回用户态，用中断完成的，因为在内核下封装了一些东西，用户态下只是传入某些参数后调用内核态下的函数罢了，

2、进程有三态（执行态，就绪态，阻塞态），cpu任何时刻都只有一个进程在执行，so从用户态切换到内核态时，用户态下的进程就处于阻塞或就绪态了，至于从用户态切换到内核态执行哪个函数那就看你在用户态下执行的是什么函数了，比如在用户态下的lseek在内核下就是llseek了，不一样的。

3、这问题就是linux的内存管理了，这里就得提到三种地址（逻辑地址、线性地址、物理地址），这里我们提到的4G地址是逻辑地址，不是我们实际的物理地址，linux中一个进程用户占0-3G对应的内核占3G-4G部分

说得不是很清楚，这是比较复杂的内容，需要从头看起，单就这几个问题是不能搞懂linux的，最好还是系统的学习，不断的重复

希望对你有所帮助！

进程在什么情况下从用户态切换到内核态？相应的堆栈是如何切换的

在Linux 0.12系统中，所有中断服务程序都属于内核代码。如果一个中断产生时任务正在用户代码中执行，那么该中断就会引起CPU特权级从3级到0级的变化，此时CPU就会进行用户态堆栈到内核态堆栈的切换操作。CPU会从当前任务的任务状态段TSS中取得新堆栈的段选择符和偏移值。因为中断服务程序在内核中，属于0级特权级代码，所以48位的内核态堆栈指针会从TSS的ss0和esp0字段中获得。在定位了新堆栈（内核态堆栈）之后，CPU就会首先把原用户态堆栈指针ss和esp压入内核态堆栈，随后把标志寄存器eflags的内容和返回位置cs、eip压入内核态堆栈。

内核的系统调用是一个软件中断，因此任务调用系统调用时就会进入内核并执行内核中的中断服务代码。此时内核代码就会使用该任务的内核态堆栈进行操作。同样，当进入内核程序时，由于特权级别发生了改变（从用户态转到内核态），用户态堆栈的堆栈段和堆栈指针以及eflags会被保存在任务的内核态堆栈中。而在执行iret退出内核程序返回到用户程序时，将恢复用户态的堆栈和eflags。

如果一个任务正在内核态中运行，那么若CPU响应中断就不再需要进行堆栈切换操作，因为此时该任务运行的内核代码已经在使用内核态堆栈，并且不涉及优先级别的变化，所以CPU仅把eflags和中断返回指针cs、eip压入当前内核态堆栈，然后执行中断服务过程。

关于java用户态到内核态和java直接内存是内核态还是用户态的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。