用户态和内核态
1.用户态和内核态
1.1 用户态和内核态的引入
最简单的运行程序的方式是“直接执行”，即直接在 CPU 上执行任意程序。直接执行的问题是：
- 如何限制代码行为？比如禁止：设置特殊寄存器的值、访问存储器的任意位置、I/O 请求、申请更多系统资源等
- 在运行这个程序的时候，如何切换到另一个程序？进程调度应该是 OS 才有的权限
因此引入用户态和内核态和两种模式。用户态无法执行受限操作，如 I/O 请求，执行这些操作会引发异常。核心态只能由操作系统运行，可以执行特权操作。用户程序通过 系统调用 system call 执行这些特权操作。OS 执行前会判断进程是否有权限执行相应的指令。
区分用户态和核心态的执行机制称为“受限直接执行”（Limited Direct Execution）。
1.2 两种工作模式的简述
（1）用户态又称为目态，计算机硬件可以通过一个模式位1进行表示。当计算机系统执行用户程序时，系统处于用户态。
（2）内核态又称为管态，计算机硬件可以通过一个模式位0进行表示，每当计算机能够控制计算机时，它就处于内核态。例如，当用户程序通过系统调用请求OS服务时，系统必须从用户态切换到内核态，以响应请求。
2.各态下的指令，中断
2.1特权指令和非特权指令
（1）特权指令是指 具有特殊权限的指令，如：清除内存，置时钟，分配系统资源，修改虚存的段表或页表，修改用户的访问权限等，由于这些指令的权限过大，使用不当会导致难以想象的灾难，甚至于整个系统崩溃。所以这些指令只能在内核态下执行，实际上，CPU在内核态下可以执行指令系统的所有指令
（2）用户态下只能执行非特权指令，在用户态下使用特权指令时，将产生中断以阻止用户使用特权指令
（3）从用户态转换为内核态的唯一途径是中断或异常
2.2 访管指令和访管中断
（1）访管指令( trap 指令) 是一条在用户态下执行的指令。在用户程序中，因要求操作系统提供服务而有意识地使用访管指令，从而产生一个中断事件（自愿中断），将操作系统转换为内核态，称为访管中断。访管中断由访管指令产生，程序员使用访管指令向操作系统请求服务。
（2）由于用户程序只能在用户态下运行，若用户程序想要完成在用户态下无法完成的工作时，就需要依靠访管指令。访管指令本身不是特权指令，其基本功能是让程序拥有“自愿进管”的手段 ，从而引起访管中断。
2.3 只能在内核态下执行的指令
包括特权指令，访问硬件指令，上下文切换指令等：
1）I/O指令
2）中断管理指令：关中断，开中断
3）内存管理指令：如 LGDT(加载全局描述符表)，LIDT(加载中断描述符表)
4）系统状态设置指令：如 HLT(停止处理器)，RESET(复位)
5）访问硬件指令：控制CPU特定寄存器；直接操作设备寄存器等
6）上下文切换指令：如 IRET(从中断返回，恢复用户态)