用户态和内核态的区别？

1. 定义：

• 用户态（User Mode）： 用户态是指应用程序运行的模式。在用户态下，程序运行时无法直接访问硬件资源、受限于操作系统提供的接口。所有的用户程序都运行在这一模式中，包括文本编辑器、浏览器、游戏等应用。操作系统的内核在用户态下会提供一些受限的系统调用接口来允许程序间接访问硬件资源。
• 核心态（Kernel Mode）： 核心态是操作系统内核运行的模式。在核心态下，操作系统的内核可以直接访问硬件资源，如内存、处理器和外部设备。只有操作系统本身可以在核心态下执行特权指令和管理硬件资源，普通应用程序没有权限进入核心态。

2. 区别：

• 访问权限：
  • 用户态：运行在用户态的程序只能访问受限的资源，如内存中分配给它的区域，无法直接访问操作系统内核和硬件。
  • 核心态：操作系统内核在核心态下可以直接访问所有系统资源，包括硬件和内存的所有区域，执行特权指令。
• CPU特权级别： 操作系统通常为CPU定义了不同的特权级别。最常见的是两级特权：用户态（低特权级）和核心态（高特权级）。CPU在用户态下执行时，它不能执行一些操作系统核心任务，除非通过系统调用切换到核心态。
• 切换方式：
  • 系统调用：当用户程序需要请求操作系统提供的服务时，会通过系统调用进入内核态。
  • 异常：当程序执行过程中出现错误或异常情况时，CPU会自动切换到内核态，以便操作系统能够处理这些异常。
  • 中断：外部设备（如键盘、鼠标、磁盘等）产生的中断信号会使CPU从用户态切换到内核态。操作系统会处理这些中断，执行相应的中断处理程序，然后再将CPU切换回用户态。

3. 角色：

• 用户态：
  • 用户态的角色是执行应用程序，它只能通过操作系统提供的接口与硬件交互。
  • 通过系统调用（例如：读取文件、发送网络请求等），用户程序可以请求内核提供服务，但无法直接进行硬件操作。
• 核心态：
  • 核心态的角色是操作系统内核，它负责管理硬件资源、进程调度、内存管理、文件系统、网络通信等。
  • 核心态下，操作系统能够执行特权操作，如管理内存、访问设备、执行特权指令等。

4. 安全性：

• 用户态的安全性： 由于用户态程序无法直接访问硬件和操作系统内核的资源，它们不会对系统产生直接的破坏性影响。如果用户程序发生崩溃或错误，它只能影响自己，并不会影响到其他程序或操作系统本身。
• 核心态的安全性： 核心态拥有系统的完全控制权。如果内核发生错误或漏洞，可能会影响整个操作系统的稳定性和安全性。因此，内核代码必须严格控制，避免潜在的漏洞和恶意攻击。

5. 性能差异：

• 用户态：通常，程序在用户态下的执行速度较快，因为它们不需要进行特权操作，不会涉及到内核的上下文切换。
• 核心态：切换到核心态时，程序会进入更高权限的执行模式，需要进行上下文切换，这可能会导致额外的开销。因此，从用户态到核心态的切换会增加一定的延迟。