1. CPU运行模式的概述
定义：CPU运行模式是指CPU在执行程序时所处的不同状态，这些状态决定了CPU可以执行哪些指令和访问哪些资源。
分类：在操作系统中，CPU的运行模式通常被分为内核模式（也称为内核态、管态、特权态、系统态或Ring 0）和用户模式（也称为用户态）。
2. 内核模式的特点与功能
高特权级别：内核模式是操作系统管理的程序执行时，机器所处的状态，CPU在此模式下可以执行任何指令，访问所有的内存地址和硬件资源。
功能：操作系统的核心组件在内核模式下运行，负责执行低级的任务，如管理内存、处理中断、直接控制硬件设备、检测用户的访问权限、修改虚拟存储器管理的段表、页表，以及完成任务的创建和切换等。由于内核模式下有更高的执行权限，任何在此模式下运行的代码都必须非常可靠，因为错误可能导致系统崩溃或安全问题。
3. 用户模式的特点与功能
受限执行环境：在用户模式下，应用程序不能直接访问硬件设备和内核代码区域，只能执行非特权指令，并且访问权限受到限制。
功能：用户模式主要用于运行普通用户程序，通过受限的权限防止对系统资源的直接破坏，保护系统免受恶意软件或错误程序的影响。用户模式提供了一个受限的执行环境，确保用户程序不能直接干扰系统的正常运行或访问敏感的内存区域。
4. 内核模式与用户模式之间的切换
系统调用：当用户程序需要执行诸如读写文件、发送网络数据包等底层操作时，它会通过系统调用请求操作系统提供的服务。这时，CPU会从用户模式切换到内核模式，执行必要的操作，然后再切换回用户模式继续执行用户程序。系统调用是用户程序与操作系统内核进行交互的唯一途径。
切换机制：TRAP指令用于将用户态切换为内核态并启动系统调用。当相关的工作完成后，系统调用后面的指令会将控制权交还给用户程序。这种机制确保了操作系统的核心部分可以在一个受控且安全的环境中运行，同时也允许用户程序在一个更受限但足够灵活的环境中执行。
