什么是CPU模式

 时间:2024-10-17 13:14:40

1、CPU 模式(也称为处理器模式、CPU 状态、CPU 权限级别和其他名称)是某些计算机架构的中央处理单元的操作模式,这些模式对 CPU 运行的某些进程可以执行的操作类型和范围下达了限制。这种设计使操作系统比应用程序软件具有更多的特权运行。理想情况下,仅允许高度信任的内核代码在不受限制的模式下执行:其他一切(包括操作系统的非监督部分)在受限模式下运行,并且必须使用系统呼叫(通过中断)请求内核代表其执行任何可能损坏或损害系统的操作,使不受信任的程序无法更改或损坏其他程序(或计算系统本身)。然而,在实践中,系统呼叫需要时间,并且会损害计算系统的性能,因此系统设计人员允许某些时间紧迫的软件(尤其是设备驱动程序)以全内核特权运行的情况并不少见。

2、模式类型

3、关于 CPU 与操作系统抽象级别之间互操作的进一步信息:保护环不受限制的模式通常被称为内核模式,但存在许多其他名称(主模式、主管模式、特权模式等)。受限制模式通常称为用户模式,但许多其他名称(奴隶模式、问题状态等)也被称为"受限模式"。

什么是CPU模式

4、内核在内核模式下,CPU 可以执行其架构允许的任何操作:任何指令都可以执行,任何 I/O 操作启动,任何内存访问区域,等等。在其他 CPU 模式下,硬件会强制执行某些对 CPU 操作的限制。通常,不允许某些指令(尤其是那些可能改变机器全球状态的指令,包括 I/O 操作),某些内存区域无法访问等。CPU 的用户模式功能通常是内核模式下可用的功能的子集,但在某些情况下,例如非本地架构的硬件模拟,它们可能与标准内核模式中的功能存在显著差异。

5、用户某些 CPU 架构支持多个用户模式,通常具有等级的权限。这些架构通常以环为基础,其中特权等级类似于一组同心环,核心模式位于中心。Multics硬件是环安全性的第一个重要实现,但许多其他硬件平台的设计也类似,包括英特尔 80286保护模式和IA-64,尽管在这些情况下,它以不同的名称命名。模式保护可能扩展到 CPU 硬件本身以外的资源。硬件注册跟踪 CPU 的当前操作模式,但其他虚拟存储器寄存器、页面表条目和其他数据可能会跟踪其他资源的模式标识符。例如,CPU 可能按照 CPU 本身的状态字在环 0 中运行,但每次访问内存时,还可以针对访问对象的虚拟内存段的单独环号和/或针对被访问的物理页面(如果有)的环号进行验证。PSP手持系统证明了这一点。满足Popek 和 Goldberg 虚拟化要求的硬件使编写软件能够有效地支持虚拟机器更加简单。这样的系统可以运行软件,"相信"它是在主管模式下运行,但实际上是在用户模式下运行。

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