第7章 进程调度 - 内核态用户态的切换与进程调度的关系

1 思考

我们都知道处理器会在用户态和内核态之间切换；进程调度的时候，也会在用户进程和内核进程之间进行切换。

它们有什么关系呢？是不是用户进程和内核进程之间的切换，才导致处理器在用户态和内核态之间的切换呢？

其他人和我也有一样的困惑：

内核态是指一个特殊的进程，还是指进程的一种特殊状态？

内核是内存中的一个或一组进程么？

 

 

2 进程内核栈、用户栈

这篇文章写的很不错，可以概括为以下几个知识点：

• 内核负责创建进程，并管理进程标识符task_struct；内核在创建进程的同时，也会为进程创建用户栈（位于用户空间，< 3GB）和内核栈（位于内核空间，3-4GB）
• 当进程运行在用户空间时，CPU堆栈指针寄存器的内容是用户堆栈地址；运行在内核态时，CPU堆栈指针寄存器的内容是内核态地址
• 进程通过系统调用和中断，从用户态陷入内核态，此时的时序为：
  ① 先陷入内核态，由内核态完成用户态堆栈地址的保存
  ② 恢复时也是在内核态把保存的用户态堆栈恢复到寄存器，之后再切到用户栈
• 一旦从内核态返回用户态，内核栈的信息就会失效，因此每次进程从用户态陷入到内核态时，内核栈都是空的
• 为什么每个进程都要有用户栈和内核栈这两个不同的栈？为了保证多个进程并行执行（可以同时陷入到内核态，在内核态休眠）

下面这张图给出了进程描述符和内核栈的位置关系：

 

 

3 内核是内存中的一个或一组进程么？

• 内核就是常驻内存的代码+数据+API，等待着执行和访问；内核不是进程，没有内核进程的内核也可以正常工作
• 无论是系统调用还是中断，都是进程从用户态切到内核态 —— 用户态是进程的普通执行状态，内核态却不属于进程！
  但是也没有发生进程间切换，所以有些人误说成“进程从用户态切到内核态”
• 之前经常提到内核进程/线程，所以混淆了用户进程-内核进程之间的切换，与用户态-内核态切换的关系
• 内核进程很少见也很少用到，比如0号进程（idle），1号进程（init）等，另外还有一些不和用户进程交互、专门用于监控的进程
  —— 除此之外没有必要关注内核进程，所以可以认为内核就是一堆代码+数据+API