在写完《Windows核心编程入门2：操作系统内核有哪些类型以及特色》 后，到现在已经是相隔一个月了在这个过程中，我仔细研究了用户态和内核态一直迟迟没有更新，一是因为要仔细揣摩，以免理解的不够当然，我现在还没有 接触系统内核代码，自然理解还是不够的这个过程我也是加深理解学习，写之前也是查阅了很多资料书籍，然后自己消化，再用自己的思想整理表达出来，更加完 整更加通俗易懂的表达出来，让更多人能够轻松理解时隔一个月，还因为工作的忙碌、出差、放假旅游，都把节奏打乱了这才恢复过来继续把这个系列写完， 再更新其他东西至于工作上的事情，留给白天去忙碌吧晚上做点自己的事情，放松一下，总结写文章提高一下自己的水平，我来为大家科普一下关于怎么查看用户态和内核态?以下内容希望对你有帮助!
怎么查看用户态和内核态
在写完《Windows核心编程入门2：操作系统内核有哪些类型以及特色》 后，到现在已经是相隔一个月了。在这个过程中，我仔细研究了用户态和内核态。一直迟迟没有更新，一是因为要仔细揣摩，以免理解的不够。当然，我现在还没有 接触系统内核代码，自然理解还是不够的。这个过程我也是加深理解学习，写之前也是查阅了很多资料书籍，然后自己消化，再用自己的思想整理表达出来，更加完 整更加通俗易懂的表达出来，让更多人能够轻松理解。时隔一个月，还因为工作的忙碌、出差、放假旅游，都把节奏打乱了。这才恢复过来。继续把这个系列写完， 再更新其他东西。至于工作上的事情，留给白天去忙碌吧。晚上做点自己的事情，放松一下，总结写文章提高一下自己的水平。
对于什么是Windows都不知道的人来说，你可以多查查资料了解，然后也是可以看我们这些文章的。我们C 技术网的教程或者系列文章，至少是我主笔的，都基本做到了小白都能看得懂的通俗程度。也因此就显得有些啰嗦了。所以，只有委屈有基础的人咯。
我们买了电脑，只是买了一个硬件。要让硬件发挥作用，这是计算机操作系统考虑的问题。现在的计算机都是大规模集成电路形式的，拆开电脑，你看到一个主板， 上面各种元件，还有其他各个部件，都是各种电路板支持的。作为一个男生，我也比较喜欢拿个扳手去修各种家电，修改一个家电，成就感杠杠的。有一次爷爷说机 顶盒坏了，我想试着去修一下，结果拆开了，发现就是一块电路板，其他什么也没有。这让我深受打击。这么一块电路板，让我不知所措。是的，各种各样的硬件都 有这样的电路板，很多集成度很高，一块板里基本是各种各样的元件，也有的比较简单。外表光鲜的硬件，拆开后都是一块块电路板，不禁让人感觉硬件内部是如此 的空虚呀。
从另一个角度想想，我们无法直接用扳手修理，很多基本也无法用按钮去操作了。集成度越高，越没有办法在硬件上直接操作了。那么这些硬件如何去操作的呢？集 成度非常高的典型代表就是计算机了。基本上，硬件本身无法直接操作。我们要操作硬件，让这些电路板发挥作用，就得通过软件了。在现在设备越来越智能的时 代，很多设备都可以称为一台微型电脑了，内部有专用的指令，外部设备只要给它发送这些指令就可以操作这些设备了。电脑自然也是这样。
而这些指令不可能通过手指摩擦发送，也不能动动嘴巴就能发送。所以，这才有了软件。能够完整接纳硬件，然后在软件上提供界面操作硬件的，都可以叫做操作系 统。在计算机上的操作系统叫做计算机操作系统，在收音机上运行的系统叫做收音机操作系统。大家不要局限于计算机操作系统。现在非常流行的不就有手机操作系 统嘛。
现在的设备基本都有一个操作系统来管理，人类不直接操作硬件了，也没法直接操作，不然你怎么让一个电路板运行呀，难道你眼睛放电让电路板执行指令么？操作 系统也就理所当然完全霸占了硬件。如果你买一个电脑没有安装操作系统，你是不是很焦虑，即使电脑配置再牛逼，不就是一堆硬件嘛，玩不起来呀。
我们的计算机操作系统是非常成熟的了。操作系统就是用来操作管理硬件的，对于操作系统来说，它可以任意操作计算机的硬件，包括内存、磁盘、显卡、屏幕、键 盘鼠标等等各种硬件设备。它说要访问哪个硬件就可以访问哪个硬件。计算机的世界里，操作系统就是老大，所有的硬件资源都是操作系统管辖的。一个操作系统就 如同一个国家，操作系统内核程序，就如同国家核心领导层，这就是我们前面说的操作系统内核。我们通常叫做内核程序执行的状态叫做内核态或者核心态。当然， 因为操作系统是接管硬件的，在硬件上有绝对的管理能力，它知道哪些可以操作，哪些不能被操作，哪些已经被分配出去了，操作系统内核扮演的就是一个不折不扣 的管理层角色，因此也叫内核态为管态（管理层态）。如果按照权利大小来看，自然内核是核心管理层，自然也是会给自己赋予绝对特权的，这样方便管理各种硬 件，提供完整的控制。在自己的地盘里，自己当然是最大的，自然是特权级的。所以，内核态也叫作特权态。那么特权态自然相对于非特权态了，只有比较才有意 义，如果大家都是可以自由访问，也没有必要分特权态了。特权态访问的东西，自然不能被一般权利的程序访问了。这个很好理解，比如国家领导人出席的国家机密 场所，不是普通人能够去的。就是等级低了，也是不能去的。大家经常听过什么ring0-ring3这些名词，我解释一下。ring0是CPU的一个特权级 别。ring0,ring1,ring2,ring3。Windows只使用其中的两个级别ring0和ring3，ring0只给操作系统内核 用，ring3普通应用程序都能用。如果普通应用程序企图执行ring0指令，则Windows会显示“非法指令”错误信息。
ring是戒指、环状的意思。描述的是一个权利适用的范围。0级最高，也就是操作系统内核使用的，可以对硬件随意访问。3级最低，也就是广大程序使用的， 级别3自然很多地方都有约束条件，不能随意访问硬件。如果在3级下，很多事情做不了。所以很多病毒都会想着提升自己的特权，如果能够达到ring0，自然 也就无所不能了。很多人以为自己知道ring0这个一个东西就觉得好了不起一样的，其实这些名词并不能说明什么，学了点核心编程的，也就慢慢知道这些名词 了。关键是要理解这些名词背后的思想含义。
相对于操作系统的那些状态称呼（核心态、内核态、管态、特权态）来说，普通的应用程序也是有状态的，不过因为应用程序权利太普通了，称呼也少些。我们叫非 内核态为用户态或者目态。目态就好比很多地方你只能看，却去不了的，只有有特权的领导才能去的。如果将计算机世界类比为人类社会，系统内核程序就是核心管 理层了，系统其它系统组件，就是地方的管理层了，普通的应用程序就是最普通的广大民众了。
我想解释到这里，你不理解内核态和用户态都难了吧。好吧，再多扩展一点，让你理解更加深入一点。我们这些文章，看似浅显，实际却是将内部的原理都通俗化 了。当你再深入学习的时候，也就很好懂了。我们这里绝非是聊聊历史那样的。所以对于这些描述文字还是需要用心理解吸收的哦。
那么核心态和用户态真实的应用场景到底是哪样的呢？我们前面类比了人类社会，不免还是有点模糊，虽然理解了，但是还是不能具体化到实际场景。我们来看看这不同的状态到底是怎么回事。
操作系统的目标是很好的管理硬件，没有操作系统，我们没法使用硬件。但不是随便有一个可以操作硬件的系统就可以了的。我们需要系统稳定的运行。假如系统在 你转账，写论文，做各种事情做到一半的时候突然崩溃了，是不是会让你产生很大损失呢！必须损失很大啦。稳定是评价一个操作系统的好坏的关键因素。不稳定的 系统谁也不敢使用，谁知道什么时候挂了。当硬件发生不可修复的错误时，系统就会崩溃蓝屏。操作系统不仅要让用户可以很好的使用硬件，还要保证系统稳定，保 护硬件不被恶意或者非恶意的操作，以免让系统造成崩溃。这也是系统为什么要设置不同的运行状态的原因。
设置运行状态，也只有操作系统内核才能完全访问硬件，应用程序都是委托内核程序操作硬件。这样一来，硬件的操作都是内核程序执行的。这样硬件的所有操作都是在操作系统控制范围之内的，这样就大大提高了系统的稳定性。
用户态的程序也就是我们平时写的程序，和内核程序其实没有什么不同，都是执行指令，都是完成逻辑的执行而已。区别就在于程序关联的权限级别了。权限不同， 能够执行的指令类别也就不同。ring0权利的程序也就是内核程序，可以执行计算机中所有指令，这些指令包括普通指令和特权指令。如果ring3的程序试 图执行特权指令，会被驳回，无法执行。只因为拥有的权限不同，能做的事情就不一样。就好比国家核心领导人身份地位高，权利高，很多国家决策可以决定，然而 他们也是一个普通人。但是他有做决定的权限，所以可以做决策。我们普通民众，没有那些权限，自然也无法做影响国家运作的决策。
你可能发现ring1和ring2并没有提及，因为目前系统用0和3级别就可以了。因为系统只需要区别内核态和用户态就可以满足管理需求了，所以没有必要使用ring1和ring2。当然如果以后有特别需要，ring1和ring2也会用上的。
内核态和用户态还有一个区别，不过这个区别可能让你感觉身体不适哦。或者会让你觉得挺受打击的。所有的程序（内核态程序和用户态程序），都是在CPU上执 行的，因为CPU是共享的，所有程序都是在CPU上执行，因此有竞争关系了。如果内核态程序和用户态程序打架，抢CPU，你猜谁会赢呢？这还用猜嘛，自然 内核态赢啦。一个有特权的和一个普通的，根本没有竞争的可能。用户态程序在CPU上执行，会按照一定的策略轮流的执行，这样可以保证大家都可以执行。这样 保证公平性。然而对于特权态和用户态来讲，真会公平吗？不会的。系统自然有优先级机制，特权态的程序自然优先级很高。即使用户态程序刚执行，如果内核态程 序需要执行，用户态也只有退出来咯。而用户态某一个程序十万火急，内核态程序没有执行好，那也只有等咯。也就是说，内核态是不会被打断的，而用户态是可以 打断的哦。这是一个很现实的问题哦。这个和人类社会太像了。所以不要苦恼了，不要抱怨了，计算机世界里，其实也是人生百态呀。程序也有程序的烦恼呀。
对于硬件访问的限制，我们接触最多的就是内存了。物理内存的访问，不只是应用程序不能直接操作内存，甚至一部分内存应用程序根本就见不着。应用程序使用的 是虚拟内存地址空间，最终只能转换到一段内存中。我们看似应用程序可以访问4G内存（32位程序），实际上只是虚拟的哦。而且程序也不是直接操作内存，所 有操作都是通过地址转换，将虚拟地址转为实际的物理内存地址，这样才能操作。如此一来，内存的操作也是在内核程序的处理下完成的。因此内核可以控制程序访 问内存，避免应用程序随意操作内存。操作系统本身所在的内存和应用程序使用的内存是隔离开的，所以应用程序不能修改操作系统内核所在的内存数据的。这样是 防止恶意程序破坏操作系统，或者防止正常程序无意破坏了操作系统哦。
至于对于用户态的其他硬件访问的限制，我就不再举例说明了。相信说了这么多，你可以非常了解用户态和内核态了吧。如果还有什么疑问，可以在文章底下留言。
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