什么是内核态、用户态

用户态是指我们的程序所处于的状态。内核态是内核所存在的状态。对应内核空间和用户空间。内核空间（Kernel space）是内核的运行空间，用户空间（User space）是用户程序的运行空间。之所以区分的目的是为了安全隔离，即使用户程序崩溃了，内核也不受影响。内核空间是内核代码运行的地方，用户空间是用户代码运行的地方。当进程运行在内核空间就处于内核态，运行在用户空间就是用户态。

何时触发状态切换

程序从用户态切换到内核态，主要是申请外部资源造成的，下面三种情况触发：

系统调用(system call)

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，比如前例中fork()实际上就是执行了一个创建新进程的系统调用。而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，例如Linux的int 80h中断。

man syscalls查看所有的系统调用

  • 进程相关的调用：exit fork
  • 文件相关的调用：chmod chown open read write
  • 设备先关(device)： open read write
  • 信息相关：cpu信息，os信息等 getxx
  • 通信相关：进程间通信，例如pipe mmap

读写文件（open、read、wirte）；申请内存（指堆内存，c语言中的malloc，但malloc并不是直接的系统调用而是c语言的封装函数，分配内存的两种系统调用方式分别是brk和mmap，转到下面细讲）

中断(interruption)

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。

异常(exception)

当CPU在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进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。

这3种方式是系统在运行时由用户态转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。

内核态到用户态的切换，当内核的操作完成之后就会切换回用户态。