Windows ユーザモードとカーネルモードを理解する

概要

サーバ監視時にユーザモードとカーネルモードのCPU使用率があり、何が違うのか、そもそも何なのか気になったので調べてみました。タスクマネージャで見る方法もあるのでまとめました。

ユーザモードとカーネルモード

WindowsのCPUの動作モードはユーザモードとカーネルモードがあります。

• ユーザモード
  アプリケーション(Excel、Wordなど)を実行したときのモード

• カーネルモード
  メモリ、ディスク、NICなどのリソース、ディスク書き込み、画面表示などシステムを制御、管理を実行しているモード

タスクマネージャでの確認方法

CPUのグラフの上で右クリック、カーネル時間を表示するをクリック

そうすると、これが

これになります。わかりづらいですが、少し濃い水色で点線の部分がカーネルモードのCPU使用率です。

もう少しわかりやすいところを拡大しました。青の部分がユーザモードのCPU使用率、緑の部分がカーネルモードのCPU使用率です。

実験

PowerShellでカウントするだけのスクリプトを実行します。(ユーザモードでアプリケーションを実行することになります。)

カウントを表示する場合(画面表示でカーネルモードを使うと予想)と、しない場合で実行して、タスクマネージャで確認してみます。

表示あり.ps1

while ($i -ne 0) { echo $i; $i++ }

表示なし.ps1

while ($i -ne 0) { $i++ }

予想通り、表示ありだとカーネルモードのCPU使用率が高くなりました。表示なしの場合は、ユーザモードの使用率が大半を占めていました。

ちょっとだけ詳しく

• ほとんどのアプリケーションはユーザモードで実行されます。
• ユーザモードで実行されたアプリケーションはリソースに直接アクセスすることはできません。
• ユーザモードで実行されたアプリケーションがディスク書き込み(Wordで文書を作って保存など)をする場合、カーネルモードに処理を要求します。

なぜ2つのモードがあるのか

ユーザモードで実行されたアプリケーションが暴走したとき、そのアプリケーションだけで影響をとどめ、システム全体に影響しないようにするためです。