怎麼查看用戶态和内核态? 在寫完《Windows核心編程入門2：操作系統内核有哪些類型以及特色》 後，到現在已經是相隔一個月了在這個過程中，我仔細研究了用戶态和内核态一直遲遲沒有更新，一是因為要仔細揣摩，以免理解的不夠當然，我現在還沒有 接觸系統内核代碼，自然理解還是不夠的這個過程我也是加深理解學習，寫之前也是查閱了很多資料書籍，然後自己消化，再用自己的思想整理表達出來，更加完 整更加通俗易懂的表達出來，讓更多人能夠輕松理解時隔一個月，還因為工作的忙碌、出差、放假旅遊，都把節奏打亂了這才恢複過來繼續把這個系列寫完， 再更新其他東西至于工作上的事情，留給白天去忙碌吧晚上做點自己的事情，放松一下，總結寫文章提高一下自己的水平，我來為大家科普一下關于怎麼查看用戶态和内核态?以下内容希望對你有幫助!

怎麼查看用戶态和内核态

在寫完《Windows核心編程入門2：操作系統内核有哪些類型以及特色》 後，到現在已經是相隔一個月了。在這個過程中，我仔細研究了用戶态和内核态。一直遲遲沒有更新，一是因為要仔細揣摩，以免理解的不夠。當然，我現在還沒有 接觸系統内核代碼，自然理解還是不夠的。這個過程我也是加深理解學習，寫之前也是查閱了很多資料書籍，然後自己消化，再用自己的思想整理表達出來，更加完 整更加通俗易懂的表達出來，讓更多人能夠輕松理解。時隔一個月，還因為工作的忙碌、出差、放假旅遊，都把節奏打亂了。這才恢複過來。繼續把這個系列寫完， 再更新其他東西。至于工作上的事情，留給白天去忙碌吧。晚上做點自己的事情，放松一下，總結寫文章提高一下自己的水平。

對于什麼是Windows都不知道的人來說，你可以多查查資料了解，然後也是可以看我們這些文章的。我們C 技術網的教程或者系列文章，至少是我主筆的，都基本做到了小白都能看得懂的通俗程度。也因此就顯得有些啰嗦了。所以，隻有委屈有基礎的人咯。

我們買了電腦，隻是買了一個硬件。要讓硬件發揮作用，這是計算機操作系統考慮的問題。現在的計算機都是大規模集成電路形式的，拆開電腦，你看到一個主闆， 上面各種元件，還有其他各個部件，都是各種電路闆支持的。作為一個男生，我也比較喜歡拿個扳手去修各種家電，修改一個家電，成就感杠杠的。有一次爺爺說機 頂盒壞了，我想試着去修一下，結果拆開了，發現就是一塊電路闆，其他什麼也沒有。這讓我深受打擊。這麼一塊電路闆，讓我不知所措。是的，各種各樣的硬件都 有這樣的電路闆，很多集成度很高，一塊闆裡基本是各種各樣的元件，也有的比較簡單。外表光鮮的硬件，拆開後都是一塊塊電路闆，不禁讓人感覺硬件内部是如此 的空虛呀。

從另一個角度想想，我們無法直接用扳手修理，很多基本也無法用按鈕去操作了。集成度越高，越沒有辦法在硬件上直接操作了。那麼這些硬件如何去操作的呢？集 成度非常高的典型代表就是計算機了。基本上，硬件本身無法直接操作。我們要操作硬件，讓這些電路闆發揮作用，就得通過軟件了。在現在設備越來越智能的時 代，很多設備都可以稱為一台微型電腦了，内部有專用的指令，外部設備隻要給它發送這些指令就可以操作這些設備了。電腦自然也是這樣。

而這些指令不可能通過手指摩擦發送，也不能動動嘴巴就能發送。所以，這才有了軟件。能夠完整接納硬件，然後在軟件上提供界面操作硬件的，都可以叫做操作系 統。在計算機上的操作系統叫做計算機操作系統，在收音機上運行的系統叫做收音機操作系統。大家不要局限于計算機操作系統。現在非常流行的不就有手機操作系 統嘛。

現在的設備基本都有一個操作系統來管理，人類不直接操作硬件了，也沒法直接操作，不然你怎麼讓一個電路闆運行呀，難道你眼睛放電讓電路闆執行指令麼？操作 系統也就理所當然完全霸占了硬件。如果你買一個電腦沒有安裝操作系統，你是不是很焦慮，即使電腦配置再牛逼，不就是一堆硬件嘛，玩不起來呀。

我們的計算機操作系統是非常成熟的了。操作系統就是用來操作管理硬件的，對于操作系統來說，它可以任意操作計算機的硬件，包括内存、磁盤、顯卡、屏幕、鍵 盤鼠标等等各種硬件設備。它說要訪問哪個硬件就可以訪問哪個硬件。計算機的世界裡，操作系統就是老大，所有的硬件資源都是操作系統管轄的。一個操作系統就 如同一個國家，操作系統内核程序，就如同國家核心領導層，這就是我們前面說的操作系統内核。我們通常叫做内核程序執行的狀态叫做内核态或者核心态。當然， 因為操作系統是接管硬件的，在硬件上有絕對的管理能力，它知道哪些可以操作，哪些不能被操作，哪些已經被分配出去了，操作系統内核扮演的就是一個不折不扣 的管理層角色，因此也叫内核态為管态（管理層态）。如果按照權利大小來看，自然内核是核心管理層，自然也是會給自己賦予絕對特權的，這樣方便管理各種硬 件，提供完整的控制。在自己的地盤裡，自己當然是最大的，自然是特權級的。所以，内核态也叫作特權态。那麼特權态自然相對于非特權态了，隻有比較才有意 義，如果大家都是可以自由訪問，也沒有必要分特權态了。特權态訪問的東西，自然不能被一般權利的程序訪問了。這個很好理解，比如國家領導人出席的國家機密 場所，不是普通人能夠去的。就是等級低了，也是不能去的。大家經常聽過什麼ring0-ring3這些名詞，我解釋一下。ring0是CPU的一個特權級 别。ring0,ring1,ring2,ring3。Windows隻使用其中的兩個級别ring0和ring3，ring0隻給操作系統内核 用，ring3普通應用程序都能用。如果普通應用程序企圖執行ring0指令，則Windows會顯示“非法指令”錯誤信息。

ring是戒指、環狀的意思。描述的是一個權利适用的範圍。0級最高，也就是操作系統内核使用的，可以對硬件随意訪問。3級最低，也就是廣大程序使用的， 級别3自然很多地方都有約束條件，不能随意訪問硬件。如果在3級下，很多事情做不了。所以很多病毒都會想着提升自己的特權，如果能夠達到ring0，自然 也就無所不能了。很多人以為自己知道ring0這個一個東西就覺得好了不起一樣的，其實這些名詞并不能說明什麼，學了點核心編程的，也就慢慢知道這些名詞 了。關鍵是要理解這些名詞背後的思想含義。

相對于操作系統的那些狀态稱呼（核心态、内核态、管态、特權态）來說，普通的應用程序也是有狀态的，不過因為應用程序權利太普通了，稱呼也少些。我們叫非 内核态為用戶态或者目态。目态就好比很多地方你隻能看，卻去不了的，隻有有特權的領導才能去的。如果将計算機世界類比為人類社會，系統内核程序就是核心管 理層了，系統其它系統組件，就是地方的管理層了，普通的應用程序就是最普通的廣大民衆了。

我想解釋到這裡，你不理解内核态和用戶态都難了吧。好吧，再多擴展一點，讓你理解更加深入一點。我們這些文章，看似淺顯，實際卻是将内部的原理都通俗化 了。當你再深入學習的時候，也就很好懂了。我們這裡絕非是聊聊曆史那樣的。所以對于這些描述文字還是需要用心理解吸收的哦。

那麼核心态和用戶态真實的應用場景到底是哪樣的呢？我們前面類比了人類社會，不免還是有點模糊，雖然理解了，但是還是不能具體化到實際場景。我們來看看這不同的狀态到底是怎麼回事。

操作系統的目标是很好的管理硬件，沒有操作系統，我們沒法使用硬件。但不是随便有一個可以操作硬件的系統就可以了的。我們需要系統穩定的運行。假如系統在 你轉賬，寫論文，做各種事情做到一半的時候突然崩潰了，是不是會讓你産生很大損失呢！必須損失很大啦。穩定是評價一個操作系統的好壞的關鍵因素。不穩定的 系統誰也不敢使用，誰知道什麼時候挂了。當硬件發生不可修複的錯誤時，系統就會崩潰藍屏。操作系統不僅要讓用戶可以很好的使用硬件，還要保證系統穩定，保 護硬件不被惡意或者非惡意的操作，以免讓系統造成崩潰。這也是系統為什麼要設置不同的運行狀态的原因。

設置運行狀态，也隻有操作系統内核才能完全訪問硬件，應用程序都是委托内核程序操作硬件。這樣一來，硬件的操作都是内核程序執行的。這樣硬件的所有操作都是在操作系統控制範圍之内的，這樣就大大提高了系統的穩定性。

用戶态的程序也就是我們平時寫的程序，和内核程序其實沒有什麼不同，都是執行指令，都是完成邏輯的執行而已。區别就在于程序關聯的權限級别了。權限不同， 能夠執行的指令類别也就不同。ring0權利的程序也就是内核程序，可以執行計算機中所有指令，這些指令包括普通指令和特權指令。如果ring3的程序試 圖執行特權指令，會被駁回，無法執行。隻因為擁有的權限不同，能做的事情就不一樣。就好比國家核心領導人身份地位高，權利高，很多國家決策可以決定，然而 他們也是一個普通人。但是他有做決定的權限，所以可以做決策。我們普通民衆，沒有那些權限，自然也無法做影響國家運作的決策。

你可能發現ring1和ring2并沒有提及，因為目前系統用0和3級别就可以了。因為系統隻需要區别内核态和用戶态就可以滿足管理需求了，所以沒有必要使用ring1和ring2。當然如果以後有特别需要，ring1和ring2也會用上的。

内核态和用戶态還有一個區别，不過這個區别可能讓你感覺身體不适哦。或者會讓你覺得挺受打擊的。所有的程序（内核态程序和用戶态程序），都是在CPU上執 行的，因為CPU是共享的，所有程序都是在CPU上執行，因此有競争關系了。如果内核态程序和用戶态程序打架，搶CPU，你猜誰會赢呢？這還用猜嘛，自然 内核态赢啦。一個有特權的和一個普通的，根本沒有競争的可能。用戶态程序在CPU上執行，會按照一定的策略輪流的執行，這樣可以保證大家都可以執行。這樣 保證公平性。然而對于特權态和用戶态來講，真會公平嗎？不會的。系統自然有優先級機制，特權态的程序自然優先級很高。即使用戶态程序剛執行，如果内核态程 序需要執行，用戶态也隻有退出來咯。而用戶态某一個程序十萬火急，内核态程序沒有執行好，那也隻有等咯。也就是說，内核态是不會被打斷的，而用戶态是可以 打斷的哦。這是一個很現實的問題哦。這個和人類社會太像了。所以不要苦惱了，不要抱怨了，計算機世界裡，其實也是人生百态呀。程序也有程序的煩惱呀。

對于硬件訪問的限制，我們接觸最多的就是内存了。物理内存的訪問，不隻是應用程序不能直接操作内存，甚至一部分内存應用程序根本就見不着。應用程序使用的 是虛拟内存地址空間，最終隻能轉換到一段内存中。我們看似應用程序可以訪問4G内存（32位程序），實際上隻是虛拟的哦。而且程序也不是直接操作内存，所 有操作都是通過地址轉換，将虛拟地址轉為實際的物理内存地址，這樣才能操作。如此一來，内存的操作也是在内核程序的處理下完成的。因此内核可以控制程序訪 問内存，避免應用程序随意操作内存。操作系統本身所在的内存和應用程序使用的内存是隔離開的，所以應用程序不能修改操作系統内核所在的内存數據的。這樣是 防止惡意程序破壞操作系統，或者防止正常程序無意破壞了操作系統哦。

至于對于用戶态的其他硬件訪問的限制，我就不再舉例說明了。相信說了這麼多，你可以非常了解用戶态和内核态了吧。如果還有什麼疑問，可以在文章底下留言。