内核态和用户态1概念Linux的设计哲学之一就是给不同的操作分配不同的执行级别，也就是所谓的权限的概念，也就是一些特别关键的操作相关对系统而言，必须由最高特权的程序来完成。IntelX86架构的CPU提供了从0到3的四个特权级，数字越小，特权越高。在Linux操作系统中，主要使用0和3两种权限级别，分别对应内核态和用户态（UserMode）。内核模式：CPU可以访问内存中的所有数据，包括外围设备（硬盘、网卡），CPU也可以自己从一个程序切换到另一个程序；用户态：只能有限访问内存，不允许访问外围设备，剥夺占用CPU的能力，CPU资源可以被其他程序获取；当Linux中的任何用户进程被创建时，它包含2个堆栈：内核堆栈和用户堆栈，它们是进程私有的并从用户模式运行。内核态和用户态分别对应内核空间和用户空间。内核代码和数据存放在内核空间，用户程序的代码和数据存放在进程的用户空间。不管是内核空间还是用户空间，都是虚拟空间。2Kernelspace相关内核空间：存放内核代码和数据，在虚拟空间中；内核态：当一个进程执行系统调用，进入内核代码执行时，称该进程处于内核态，此时CPU处于最高特权级0，当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈，每个进程都有自己的内核栈；CPU栈指针寄存器指向：内核栈地址；内核栈：进程在内核态使用的栈存在于内核空间；内核态进程的权限：当内核态进程占用CPU时，可以访问内存中的所有数据和所有外设，如硬盘、网卡等；3Userspace相关用户空间：用户程序的代码和数据存放在虚拟空间；用户态：当进程正在执行用户自己的代码（非系统调用等函数）时，称其处于用户态，CPU运行在最低权限的3级用户代码，当用户程序正在执行中突然被中断程序打断，此时用户程序也可以象征性地称为进程的内核态，因为中断处理程序会使用当前进程CPU的内核栈；CPU栈指针寄存器指向：用户栈地址；用户栈：进程处于用户态时使用的栈，存在于用户空间；用户态进程的权限：用户态进程在占用CPU时，只能访问有限的内存，不允许访问外设。这里说的有限内存其实就是用户空间，使用用户栈；4.内核态和用户态的切换(1)系统调用所有的用户程序都是运行在用户态的，但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情，比如从硬盘读取数据。唯一能做这些事情的只有操作系统，所以这个时候程序需要先请求操作系统以程序的名义执行这些操作。这时候就需要一种机制：用户态程序切换到内核态，但是无法控制内核态下执行的指令。这种机制称为系统调用，它在CPU中的实现称为陷阱指令（TrapInstruction）。(2)异常事件当CPU正在执行一个运行在用户态的程序时，突然出现一些意想不到的异常事件。这时候从用户态执行的进程到内核态就会触发执行相关的异常事件。Typical发生页面错误异常。(3)外围设备中断当外围设备完成用户请求的操作后，会向CPU发出中断信号。这时CPU会暂停执行下一条要执行的指令，然后执行中断信号对应的处理程序，如果之前执行的指令是在用户态，那么自然会发生从用户态到内核态的转换。注意：系统调用的本质其实就是中断。与外围设备的硬中断相比，这种中断称为软中断。这是操作系统专门对用户开放的中断，比如linux的int80h中断。因此，从触发方式和效果来看，这三种切换方式是完全一样的，都相当于执行一个中断响应过程。但是从触发对象来看，系统调用是进程主动请求切换，而异常和硬中断是被动的。
