switch-statement - 用户模式与主管模式

Question

我对类 Unix 机器上的用户模式和主管模式有几个问题。

用户模式和主管模式有什么区别？我知道用户进程无法访问所有内存和硬件并执行所有指令。还有更多吗？

不同模式有什么好处？

从用户模式切换到管理员模式时涉及哪些步骤？

当用户程序进行系统调用时，模式必须从用户模式更改为管理员模式。我在其他地方读到，这是通过使用 int x80 在 x86 机器上实现的。那么模式切换与中断处理有何不同呢？

它与上下文切换有何不同？

在不同的架构中是如何实现监督者模式的？

任何答案或指示将不胜感激！

Answer 1

CPU 在物理上不允许访问被确定为“特权”的区域。因为这是在硬件中强制执行的，所以它使您的操作系统能够自我保护。如果没有这种机制，操作系统就不会有“安全性”，因为最晦涩的代码片段可以简单地访问内核内存并读取所有密码。

用户模式到主管模式的切换很昂贵，因为它是上下文切换，并且出于安全目的，必须刷新缓存（否则您可能能够访问您不打算访问的内容）。

至于上下文切换，这本质上涉及切换到内核模式以执行任务。当 CPU 调度程序定时器中断触发时，它会切换到内核模式，选择下一个要执行的任务，然后切换回用户模式并恢复下一个任务。

Answer 2

存在两个概念：

• 软件用户/内核模式，在执行系统调用或返回表单系统调用时相互切换，
• 硬件用户/管理员模式，它们在中断时相互切换。

在硬件管理模式下执行的代码很少，主要是低级别的中断例程和启动的最开始。甚至大部分软件内核模式都是在硬件用户模式下执行的。