【刷题Day25】用户态和内核态、Reactor、虚拟内存（浅）

什么是用户态和内核态？

用户态（User Mode）和内核态（Kernel Mode）是操作系统中的两种运行模式，用于区分应用程序与操作系统内核的操作权限。

两者区别在于权限级别：

• 用户态：应用程序在用户态下运行，权限较低，不能直接访问硬件或进行特权操作。应用程序需要通过系统调用与内核进行通信，由内核代为执行敏感操作。用户态的优势是安全性高，即使程序出现问题也不会影响操作系统的稳定性。
• 内核态：内核态是操作系统内核运行的模式，具有最高的权限，可以直接访问硬件资源和执行各种特权操作（如内存管理、进程调度）。当程序执行系统调用或硬件中断时，操作系统会将其切换到内核态。

到底什么是 Reactor？

Reactor是一种处于并发I/O事件的设计模式，特别适合于网络服务器的开发。它通过事件驱动机制和非阻塞I/O，能够高效地处理大量并发连接。

Reactor模式的核心思想是将I/O事件与响应的处理程序解耦，并通过事件分发器（Event Demultiplexer）来管理事件和响应操作。

Reactor的工作方式：

• 事件驱动：Reactor通过监听多个事件源（如Socket连接、读写事件），在有事件发生时调用对应的处理程序（Handler）。
• 非阻塞I/O：使用非阻塞I/O模型，Reactor能够在单个或少数线程中高效处理大量I/O操作，避免了线程的频繁切换。
• 事件分发与处理：Reactor会将收到的事件（如连接到达、数据可读、数据可写）分发给响应的事件处理器，处理器对事件进行处理。

为什么要有虚拟内存？

虚拟内存的主要作用是提升系统效率和简化内存管理。

1. 内存扩展能力：
   • 虚拟内存允许程序运行在比实际物理内存大的地址空间上。即使物理内存不足，系统也可以通过交换（swapping）将不常用的内存页移到磁盘中，使得多个程序能够同时运行。
2. 进程隔离：
   • 每个进程拥有独立的虚拟地址空间，防止进程内的内存访问冲突，提高系统稳定性和安全性。
   • 使用虚拟内存，操作系统可以通过页面表设置访问权限，防止非法访问。
3. 简化内存管理：
   • 操作系统可以更灵活地分配和回收内存，无需手动考虑物理内存布局问题。
   • 虚拟内存可以将程序逻辑地址与物理地址解耦