一個(gè)操作系統(tǒng)它也是一堆程序組成的，可以想象CPU的指令是很多的，但是這么多的指令中，有些指令涉及到系統(tǒng)底層的東西，如果有些指令錯(cuò)用或者使用不當(dāng)是非常危險(xiǎn)的，比如清內(nèi)存、設(shè)置時(shí)鐘、修改用戶(hù)訪問(wèn)權(quán)限、分配系統(tǒng)資源等等，可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

CPU將這些指令進(jìn)行了分類(lèi)，分為特權(quán)指令和非特權(quán)指令，不讓所有程序都能使用所有指令，如果所有程序都能使用，那系統(tǒng)崩潰就會(huì)變得非常常見(jiàn)了。

操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核，它是獨(dú)立于普通的應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，所以一定要保證內(nèi)核的安全。

為了保護(hù)內(nèi)核的安全，操作系統(tǒng)一般都限制用戶(hù)進(jìn)程不能直接操作內(nèi)核，在32位操作系統(tǒng)總的地址空間4G(2^32 = 4GB)，實(shí)現(xiàn)這個(gè)限制的方式就是操作系統(tǒng)將總的地址空間分為兩個(gè)部分，對(duì)于Linux操作系統(tǒng)：

1. 高位的1G空間(0xC000 0000 - 0xFFFF FFFF)分配給內(nèi)核，稱(chēng)為內(nèi)核空間，內(nèi)核程序運(yùn)行在內(nèi)核空間，對(duì)應(yīng)的進(jìn)程就處于內(nèi)核態(tài)(管態(tài))。

2. 另外3G空間(0x0000 0000 - 0xBFFF FFFF)分配給用戶(hù)使用，稱(chēng)為用戶(hù)空間，用戶(hù)程序運(yùn)行在用戶(hù)空間，對(duì)應(yīng)的進(jìn)程處于用戶(hù)態(tài)(目態(tài))。

引用之前寫(xiě)的一篇文章(你該知道你寫(xiě)的程序的內(nèi)存布局)的圖

總之，有1G的內(nèi)核空間是每個(gè)進(jìn)程共享的，剩下的3G是進(jìn)程自己使用的。

在內(nèi)核態(tài)下，CPU可以執(zhí)行指令系統(tǒng)的全集，也就是說(shuō)內(nèi)核態(tài)進(jìn)程可以調(diào)用系統(tǒng)的一切資源，但是特權(quán)指令只能在內(nèi)核態(tài)下執(zhí)行，它不直接提供給用戶(hù)使用，用戶(hù)態(tài)下只能使用非特權(quán)指令，也就是說(shuō)用戶(hù)態(tài)進(jìn)程只能執(zhí)行簡(jiǎn)單運(yùn)算，不能直接調(diào)用系統(tǒng)資源。

那么CPU如何知道當(dāng)前是否可以使用特權(quán)指令?

有一個(gè)標(biāo)志寄存器，又稱(chēng)程序狀態(tài)字寄存器PSW(Program Status Word)，有一個(gè)標(biāo)志位來(lái)標(biāo)識(shí)處理器當(dāng)前處于哪一個(gè)狀態(tài)，比如0是處于用戶(hù)態(tài)，1是處于內(nèi)核態(tài)，有了這個(gè)狀態(tài)就能判斷該使用什么指令。

Linux操作系統(tǒng)通過(guò)區(qū)分內(nèi)核空間和用戶(hù)空間的這種設(shè)計(jì)，將操作系統(tǒng)代碼和用戶(hù)程序代碼分開(kāi)，這樣即使在某一個(gè)應(yīng)用程序出錯(cuò)，也不會(huì)影響到操作系統(tǒng)，再說(shuō)，Linux操作系統(tǒng)是多任務(wù)系統(tǒng)，其它應(yīng)用程序不也還能運(yùn)行。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)基本上都是分內(nèi)核空間和用戶(hù)空間的做法，來(lái)保護(hù)操作系統(tǒng)自身的安全性和穩(wěn)定性，這也是區(qū)分內(nèi)核空間和用戶(hù)空間的本質(zhì)。