Linux内核态与用户态切换：系统I/O与系统调用

"这篇资料主要介绍了Linux系统的内核态与用户态的概念以及它们之间的交互机制，包括系统调用、设备驱动程序、库函数和文件描述符等关键概念。" 在Linux操作系统中，为了确保系统核心的安全性和稳定性，将程序的执行环境划分为内核态和用户态。内核态是指程序在操作系统内核中运行的状态，拥有最高的权限，可以直接访问硬件资源。而用户态则是普通应用程序运行的状态，权限较低，不能直接操作硬件，需要通过特定的方式与内核交互。 系统调用是用户态程序进入内核态的主要途径。用户程序通过调用特定的系统调用接口，比如进程控制、文件操作、内存管理等，来请求内核服务。这些系统调用可以视为内核与用户空间之间的桥梁，使得用户程序能够安全地使用内核提供的功能，例如创建、修改和控制进程，读写文件，进行网络通信等。 设备驱动程序是内核的一部分，它作为操作系统与硬件设备之间的中介。设备驱动程序负责初始化和管理硬件设备，处理数据的读写，并在设备出现错误时进行处理。设备在用户程序看来就像是普通的文件，因此，应用程序可以使用统一的文件操作接口来与各种设备交互。 库函数是一组实现特定功能的函数集合，它们通常封装了系统调用，使得开发者可以更方便地进行编程。部分库函数在执行时会通过系统调用进入内核态以完成特定任务。 文件描述符是Linux系统中识别和引用文件的关键机制。每个打开的文件、设备或管道都会有一个唯一的非负整数文件描述符。当程序进行读写操作时，会将文件描述符作为参数传递给系统调用，如`open`函数，用于打开或创建文件。`open`函数的参数`flags`定义了打开文件的模式，如只读、只写或读写，以及是否追加等选项。 Linux系统的内核态与用户态的划分确保了系统的安全性，而通过系统调用、设备驱动程序、库函数和文件描述符等机制，用户程序能够在受保护的环境下高效、安全地操作系统资源和硬件设备。