Salı, Ocak 18, 2005

User mode ve Kernel mode nedir ?

Daha önce kulağıma çalınan ancak ne olduğunu tam olarak bilmediğim bu iki terim hakkında ne yazik ki tam ve açıklayıcı bir Türkçe kaynağa rastlayamadım. Bu yüzden öğrendiklerimi özetleyen kısa bir bilgi notu yazmaya karar verdim. Bu notun bir kopyasını tr.wikipedia.org adresinde User mode ve Kernel mode başlıkları altında bulabilirsiniz.


Önce birkaç terime açıklık getirelim.

Protected mode: x86 (286 ve üstü intel ailesi ve uyumlu (amd,via vb.) ) işlemcilerde bellek adreslerine erişim belirli kısıtlamar çerçevesinde olur. Yani her uygulama her istediği bellek adresini istediği gibi kullanamaz. Her bellek bölgesinin erişim hakları descriptor denen kayıtlarla saklanır. Bu kayıtların arka arkaya dizilimi ile hafızanın tamamen adreslendiği bellek haritası ( memory map ) oluşturulur.

CPL: Code Privilege Level (Kod Yetki Düzeyi). x86 işlemcilerde descriptor tarafından ayarlanan ve o kodun çalıştığı yetki seviyesini (privilage level) gösteren 2 bitlik değer. 0 en yüksek yetki seviyesidir, ring 0 diye geçer. 3 ise en düşük değerdir, ring 3 olarak geçer. Arada ring 1 ve ring 2 diye tanımlanan başka seviyeler olmasına karşın işletim sistemlerinin çoğu yalnızca ring 0 ve ring 3 seviyelerini kullanırlar.

Kernel Mode

Linux işletim sistemi açılışta kernel mode’da ( ring 0 ) baslar. Sistem açılışı sırasında kernel yüklenir yüklenmez işlemci Protected Mode'a geçer ve bunun ardından çalıştırılan tüm programlar User Mode'da çalışır ( bazı donanım sürücüleri hariç ). Kernel mode'da çalışan uygulamalar bütün hafıza adreslerine ve Giriş-Çıkış (harddisk ve benzeri) aygıtlarına tam yetki ile erişirler. Ayrıca bu mode'da iken tüm sistem fonksiyonlarına erişilebilir, hafıza yeniden adreslenebilir.

User Mode

Linux sistemi açılışta kernel mode’da baslar. Sistem açılışı sırasında kernel yüklenir yüklenmez işlemci Protected Mode'a geçer. Bu mode’da uygulamalar sistem için kullanılan fonksiyonları güvenlik açısından direkt olarak kullanamaz. Kullanıcı sadece kendi başlattığı uygulamaların adres alanları içerisinde kalmak suretiyle işlerini yürütebilir. Sistemin güvenli bir şekilde çalışabilmesi için kullanıcıya kısıtlı izinler tanınmıştır. Bu mode'da çalışan uygulamalar sistem kaynaklarına erişmek istediklerinde ring 3 seviyesinde çalışmakta olan çekirdek servisleri aracılığı ile çekirdeğe istek gönderirler. Sistem çekirdeği de eğer uygunsa isteği yerine getirir.


Not 1: Yukarıda yazılanlar Linux işletim sistemi referans alınarak yazılmıştır. Ancak diğer pek çok işletim sisteminde de geçerlidir.

Not 2: Bu belge'yi Tonguç Yumruk'un uyarıları doğrultusunda yeniden gözden geçirdim, kendisine teşekkür ederim. Ayrıca bu gözden geçirme işlemi sırasında bu belgeye rastladım. Konu ile ilgili daha ayrıntılı bilgi isteyenler için oldukça faydalı.



1 yorum:

Anonim dedi ki...

Bu güzel yazı için teşekkürler. Sakıncası yoksa birkaç ufak düzeltme yapmak istiyorum.

Linux için tam durumu bilmiyorum fakat sanırım bazı sistemlerde ring 1 ve/veya ring 2 donanım sürücüleri vs... için kullanılıyor. Bldiğim kadarıyla Linux'ta donanım sürücüleri doğrudan kernel'in bellek alanına yükleniyor. Bu durumda ring 0 olmaları kuvvetle muhtemel.

Sistem açılışı sırasında kernel yüklenir yüklenmez işlemci Protected Mode'a geçer ve bunun ardından çalıştırılan tüm programlar User Mode'da çalışır. Yani bir programın User Mode'da çalışması için sisteme giren bir kullanıcı tarafından çalıştırılması gerekmez. Sistemde çalışan tüm programlar kendi bellek alanları içerisinde User Mode'da çalışır.

İkinci olarak ta şöyle birşey var. Programlar kernel ile sistem çağrıları yoluyla haberleşir, fakat burada da Kernel Mode'a düşüp sonra User Mode'a dönmek gibi birşey sözkonusu değildir. Şöyleki User Mode'da çalışan uygulama kernel'den birşey yapmasını ister, Kernel Mode'da çalışan kernel'de bu yetkisini kullanarak programın istediğini yapar ve sonucu programa döndürür.

Tonguç Yumruk