java 内核 java内核态_操作系统

内核态，用户态

以典型 JAVA / LINUX 为例解释：

  • CPU 为了更好的 管理内存 并区分对 CPU指令的执行权限，对程序（普通程序，操作系统，驱动等等）进行分类管理，提供了 Ring0，Ring1，Ring2，Ring3 4个运行级别，其中 Ring0 内存管理范围及操作权限最大，Ring3 管理权限最小
  • Linux 针对 CPU 对应设计了两种级别的运行，程序运行在 Ring0 状态级别 及 Ring3 状态级别
  • Linux Ring3 用户态：只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取
  • Linux Ring0 内核态：CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序
  • JAVA JVM 针对 LINUX 不同内核，提供不同对接模式，典型的 JAVA 7 Hotspot 程序运行时运行于用户态（Ring3），在发生系统调用（读写文件，写控制台，网络通信时），JVM会自动切换到内核态运行，运行完毕再切会用户态运行

基本上可以认为，内核态针对的是“操作系统”来说，用户态针对 “应用程序”（JVM）来讲

内核线程，用户线程

“内核线程” 通常是由 "操作系统" 针对 "CPU" 内核创立的，线程数一般多余内核数，由“操作系统”采用“时间片轮转法”调度（抢占式调度概念见操作系统）

“用户线程” 通常由应用程序创建，管理，销毁，操作系统对该线程不可见

两者关系：

  1. 任何程序最后运行指令时，都是由内核线程完成的，那么为什么还区分“内核线程”和“用户线程”呢？
  2. 实际上这种区分是根据线程当前 运行状态来区分 的，另外就是为了 增强程序扩展能力，将线程进行了区分。

以 JAVA 举例：

  1. JVM程序启动 ——> JAVA 进程（main 线程启动，JVM 向 LINUX 申请一个内核线程对接）——> LINUX对接给 JVM 一个内核线程 ——> main函数执行（此时程序运行在 LINUX Ring3 态）
  2. main 打印 LOG 到文件 ——> JVM线程发送指令给LINUX内核线程（调用系统API）——> LINUX 将线程暂停，设置线程运行级别 Ring3 到 Ring0，保存Ring3的状态，并copy相关数据到Ring0内存栈——>LINUX 唤醒“内核线程”继续运行线程，并通知JVM对应的 main 线程休眠 ——> “内核线程”写完文件，设置 Ring0 到 Ring3，唤醒JVM线程，告知文件写完，main()继续运行

由此看出，程序运行时，必须由“内核线程”来执行操作，只是内核线程运行在了不同的状态，这就是状态区分

早期的LINUX 采用 Linux pthread，即一个JVM程序启动后，LINUX只分配一个内核线程给该JVM使用，JVM虽然启动的多线程，但是这些只能轮替使用这一个“内核线程”执行指令。一旦某个线程执行文件操作，像上面写LOG，其他线程只能等待，因为内核线程只有一个

LINUX2.6 以后系统采用了 NPTL （Native POSIX Thread Library） ，LINUX 启动内核线程后，提供对外接口 （也叫轻量级进程 LWP），一个内核线程对应一个 LWP ，JVM启动程序后，进程对应着多个LWP （即一个进程对应多个内核线程），而 JVM Hotspot采用的是直接调用操作系统启动线程，所以 JAVA 7 hotspot的 JVM线程 和操作系统线程 是 1：1 对应

综上

简单说就是：JAVA启动一个线程就是调用一个 LWP 对接到一个内核线程。（JAVA 与 内核线程 是 1：1 就是一个JAVA线程执行时真实对应一个内核线程）

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