模式位在哪里？

Question

模式位在哪里？

operating-systemmode

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我刚在Silberschatz的“操作系统概念”中读到这段话（第18页）：

引入了一个叫做“模式位”的比特，被添加到计算机硬件中以指示当前模式：内核（0）或用户（1）。通过这个模式位，我们能够区分代表操作系统执行的任务和代表用户执行的任务。

那么，该模式位存储在哪里呢？

（它是CPU中的寄存器吗？你能读取该模式位吗？据我所知，CPU必须能够读取该模式位。它如何知道哪个程序会获得模式位0？是否具有特殊地址的程序获取模式位0？谁设置模式位/如何设置？）

- Martin Thoma

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操作系统在进行上下文切换时设置它。 - Karoly Horvath

3个回答

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这是一种CPU寄存器。只有在内核模式下才能访问。

设置它的具体细节取决于CPU设计。在大多数常见的硬件中，当执行用于执行系统调用的特殊操作码时，它会自动设置。然而，在其他架构中，某些内存页面可能已经设置了一个标志，表明它们是内核的“入口”--调用这些页面上的函数会设置内核模式位。

- Barmar

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现在它被赋予了其他名称，例如监管模式或保护环。

- Neil

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可以查看英文原文，
原文链接

- Fingolfin · Accepted Answer

请注意，您的问题高度依赖于CPU本身；尽管很少见，但您可能会遇到某些处理器，其中甚至不存在用户级/内核级的概念。 cs寄存器具有另一个重要功能：它包括一个2位字段，指定CPU的当前特权级（CPL）。值0表示最高特权级，而值3表示最低特权级。Linux仅使用级别0和3，分别称为内核模式和用户模式。（摘自“理解Linux内核3e”，第2.2.1节）请注意，这取决于CPU，正如您可以清楚地看到的那样，它将从一个CPU更改为另一个CPU，但是通常的概念仍然适用。

由谁设置？通常是内核/CPU和用户进程无法更改它，但是让我在这里解释一些内容。这是过于简化了，请不要直接采纳。让我们假设内核已加载并且第一个应用程序刚刚启动（第一个shell），内核加载此应用程序启动所需的所有内容，设置cs寄存器中的位（如果您正在运行x86），然后跳转到Shell进程的代码。 Shell将继续在此上下文中执行其所有指令，如果该进程包含某些特权指令，则CPU将获取它并不会执行它；它将引发异常（硬件异常），告诉内核有人尝试执行受特权保护的指令，这里内核代码处理工作（CPU将cs设置为内核模式并跳转到一些已知位置来处理此类错误，例如终止进程或其他操作）。那么进程如何执行特权操作？例如与某个设备通信？这就涉及系统调用；内核将为您执行此操作。发生的情况如下：将要访问的内容（例如，您设置要访问的文件，文件位置为x，正在进行读取等）放置在某个寄存器中（内核文档将告诉您相关信息），然后（在x86上）调用int0x80指令。

这个操作会中断CPU，停止你的工作，将模式设置为内核模式，并跳转IP寄存器到一些已知位置，该位置有处理文件IO请求的代码，然后从那里移动。
一旦您的数据准备好了，内核就会将这些数据设置在您可以访问的位置（内存位置、寄存器；这取决于CPU/内核/您所请求的内容），将cs标志设置为用户模式，并跳回到您的指令下一个位置，紧接着int 0x80指令。

最后，每当发生切换时，内核都会收到通知，CPU终止当前指令，更改CPU状态并跳转到处理此事情的代码所在位置。简单来说，上述过程适用于内核模式和用户模式之间的切换。