用户态切换至内核态

1、发生系统调用时

  这是处于用户态的进程主动请求切换到内核态的一种方式。用户态的进程通过系统调用申请使用操作系统提供的系统调用服务例程来处理任务。而系统调用的机制，其核心仍是使用了操作系统为用户特别开发的一个中断机制来实现的，即软中断。

2、产生异常时

  当CPU执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行的进程切换到处理此异常的内核相关的程序中，也就是转到了内核态，如缺页异常。

3、外设产生中断时

  当外围设备完成用户请求的操作后，会向CPU发出相应的中断信号，这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序，如果先前执行的指令是用户态下的程序，那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。比如硬盘读写操作的完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后续操作等。       可以看到上述三种由用户态切换到内核态的情况中，只有系统调用是进程主动请求发生切换的，中断和异常都是被动的。   由于系统调用、中断和异常由用户态切换到内核态的机制大同小异，所以这里仅就系统调用的切换过程进行具体说明。  如果一个用户程序需要调用底层的系统接口，如fork等诸如libc里面的系统调用函数，就牵涉到用户态与内核态的切换问题，因为系统调用处理程序都是运行在内核态下。  在系统调用时由于用户态和内核态是运行于两个独立的栈上面，即分别为内核栈和用户栈，因此，不能仅简单的传递函数指针，因为对于内核态堆栈在用户态下是不可见的，所以对于系统调用函数的处理程序对于用户态是不可见的；同时，因为内核栈和用户栈是相互独立的，所以在参数传递的过程中不能使用普通的压栈出栈的方式来进行参数传递。

Linux用户态切换内核态

Linux使用了Ring3级别运行用户态，Ring0作为内核态，没有使用Ring1和Ring2。Ring3状态不能访问Ring0的地址空间，包括代码和数据。Linux进程的4GB地址空间，3G-4G部分大家是共享的，是内核态的地址空间，这里存放在整个内核的代码和所有的内核模块，以及内核所维护的数据。用户运行一个程序，该程序所创建的进程开始是运行在用户态的，如果要执行文件操作，网络数据发送等操作，必须通过write，send等系统调用，这些系统调用会调用内核中的代码来完成操作，这时，必须切换到Ring0，然后进入3GB-4GB中的内核地址空间去执行这些代码完成操作，完成后，切换回Ring3，回到用户态。这样，用户态的程序就不能随意操作内核地址空间，具有一定的安全保护作用。
保护模式，通过内存页表操作等机制，保证进程间的地址空间不会互相冲突，一个进程的操作不会修改另一个进程的地址空间中的数据。在内核态下，CPU可执行任何指令，在用户态下CPU只能执行非特权指令。当CPU处于内核态，可以随意进入用户态；而当CPU处于用户态，只能通过中断的方式进入内核态。一般程序一开始都是运行于用户态，当程序需要使用系统资源时，就必须通过调用软中断进入内核态。