什么是用户态和内核态

从图上我们可以看出来通过系统调用将Linux整个体系分为用户态和内核态（或者说内核空间和用户空间）。
那内核态到底是什么呢？其实从本质上说就是我们所说的内核，它是一种特殊的软件程序，特殊在哪儿呢？控制计算机的硬件资源，例如协调CPU资源，分配内存资源，并且提供稳定的环境供应用程序运行。

用户态就是提供应用程序运行的空间，为了使应用程序访问到内核管理的资源例如CPU，内存，I/O。内核必须提供一组通用的访问接口，这些接口就叫系统调用。

为什么要区分内核态和用户态

往往我们的系统的资源是固定的，例如内存2G，CPU固定，磁盘2TB，网络接口固定。所以就需要操作系统对资源进行有效的利用。假设某个应用程序过分的访问这些资源，就会导致整个系统的资源被占用，如果不对这种行为进行限制和区分，就会导致资源访问的冲突。所以，Linux的设计的初衷：给不同的操作给与不同的“权限”。Linux操作系统就将权限等级分为了2个等级，分别就是内核态和用户态。

各位有没有发现，前面讲了这么多内核态和用户态什么不同，其实用一句话就能概括：它们权限不同。用户态的进程能够访问的资源受到了极大的控制，而运行在内核态的进程可以“为所欲为”。一个进程可以运行在用户态也可以运行在内核态，那它们之间肯定存在用户态和内核态切换的过程。打一个比方：C库接口malloc申请动态内存，malloc的实现内部最终还是会调用brk（）或者mmap（）系统调用来分配内存。

如何从用户态进入内核态

• 系统调用：这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式。用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作。例如fork（）就是执行了一个创建新进程的系统调用。系统调用的机制和新是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，所以系统调用本身就是中断，但是软件中断，跟硬中断不同。
• 异常：如果当前进程运行在用户态，如果这个时候发生了异常事件，就会触发切换。例如：缺页异常。
• 外设中断：当外设完成用户的请求时，会向CPU发送中断信号。这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令而转到与中断信号对应的处理程序去执行，如果前面执行的指令时用户态下的程序，那么转换的过程自然就会是 由用户态到内核态的切换。如硬盘读写操作完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后边的操作等。

这三种方式是系统在运行时由用户态切换到内核态的最主要方式，其中系统调用可以认为是用户进程主动发起的，异常和外围设备中断则是被动的。从触发方式上看，切换方式都不一样，但从最终实际完成由用户态到内核态的切换操作来看，步骤有事一样的，都相当于执行了一个中断响应的过程。系统调用实际上最终是中断机制实现的，而异常和中断的处理机制基本一致。

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