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16. 什么时候从用户态切换到内核态？

1、发生系统调用时

这是处于用户态的进程主动请求切换到内核态的一种方式。用户态的进程通过系统调用申请使用操作系统提供的系统调用服务例程来处理任务。而系统调用的机制，其核心仍是使用了操作系统为用户特别开发的一个中断机制来实现的，即软中断。

2、产生异常时

当 CPU 执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行的进程切换到处理此异常的内核相关的程序中，也就是转到了内核态，如缺页异常。

3、外设产生中断时

当外围设备完成用户请求的操作后，会向 CPU 发出相应的中断信号，这时 CPU 会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序，如果先前执行的指令是用户态下的程序，那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。比如硬盘读写操作的完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后续操作等。

可以看到上述三种由用户态切换到内核态的情况中，只有系统调用是进程主动请求发生切换的，中断和异常都是被动的。

17. Linux 内核模块有哪些，分别是什么用途？

Linux 内核包含有五大子模块：进程调度模块、进程间通信模块、内存管理模块、文件系统模块、网络接口模块。

一、进程调度模块

Linux 以进程作为系统资源分配的基本单位，并采用动态优先级的进程高级算法，保证各个进程使用处理机的合理性。进程调度模块主要是对进程使用的处理机进行管理和控制。

二、进程间通信模块

进程间通信主要用于控制不同进程之间在用户空间的同步、数据共享和交换。由于不同的用户进程拥有不同的进程空间，因此进程间的通信要借助于内核的中转来实现。一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，会被挂起。当硬件操作完成，进程被恢复执行，而协调这个过程的就是进程间的通信机制。

进程间通信模块保证了 Linux 支持多种进程间通信机制，包括管道、命名管道、消息队列、信号量和共享内存等。

三、内存管理模块

Linux 的内存管理模块采用先进的虚拟存储机制，实现对多进程的存储管理。它提供了十分可靠的存储保护措施，对进程赋予不同的权限，用户不能直接访问系统的程序和数据，保证了系统的安全性。同时，为每个用户进程分配一个相互独立的虚拟地址空间。

四、文件系统模块

Linux 的文件系统模块采用先进的虚拟文件系统 (VFS) 技术，屏蔽了各种文件系统的差别，为处理各种不同的文件系统提供了统一的接口，支持多种不同的物理文件系统达 90 多种。同时，Linux 把各种硬件设备看作一种特殊的文件来处理，用管理文件的方法管理设备，非常方便、有效。

五、网络接口模块

Linux 具有最强大的网络功能。网络接口模块通过套接字 (Socket) 机制实现计算机之间的网络通信，并采用网络层次模型提供对多种网络协议和网络硬件设备的支持。

网络接口提供了对各种网络标准的实现和各种网络硬件的支持。网络接口一般分为网络协议和网络驱动程序。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议。网络设备驱动程序则主要负责与硬件设备进行通信，每一种可能的网络硬件设备都有相应的设备驱动程序

18. 64 位和 32 位的区别

64 位和 32 位软件，实际上代表指令是 64 位还是 32 位的：

• 如果 32 位指令在 64 位机器上执行，需要一套兼容机制，就可以做到兼容运行了。但是如果 64 位指令在 32 位机器上执行，就比较困难了，因为 32 位的寄存器存不下 64 位的指令；
• 操作系统其实也是一种程序，我们也会看到操作系统会分成 32 位操作系统、64 位操作系统，其代表意义就是操作系统中程序的指令是多少位，比如 64 位操作系统，指令也就是 64 位，因此不能装在 32 位机器上。

总之，硬件的 64 位和 32 位指的是 CPU 的位宽，软件的 64 位和 32 位指的是指令的位宽。

64 位相比 32 位 CPU 的优势主要体现在两个方面：

• 64 位 CPU 可以一次计算超过 32 位的数字，而 32 位 CPU 如果要计算超过 32 位的数字，要分多步骤进行计算，效率就没那么高，但是大部分应用程序很少会计算那么大的数字，所以只有运算大数字的时候，64 位 CPU 的优势才能体现出来，否则和 32 位 CPU 的计算性能相差不大。
• 通常来说 64 位 CPU 的地址总线是 48 位，而 32 位 CPU 的地址总线是 32 位，所以 64 位 CPU 可以寻址更大的物理内存空间。如果一个 32 位 CPU 的地址总线是 32 位，那么该 CPU 最大寻址能力是 4G，即使你加了 8G 大小的物理内存，也还是只能寻址到 4G 大小的地址，而如果一个 64 位 CPU 的地址总线是 48 位，那么该 CPU 最大寻址能力是 2^48，远超于 32 位 CPU 最大寻址能力。