CPU如何区分内核代码与用户空间代码？触发内核模式位的机制是什么？

CPU判断当前是否运行内核代码，核心靠的是状态寄存器里的特权级标志位——不同架构叫法不一样，比如x86叫CPL（Current Privilege Level），ARM叫Exception Level（EL）。这个标志位直接决定了CPU能访问的资源范围：内核态对应最高特权级（x86的CPL=0，ARM的EL1/EL2/EL3），能访问所有内存和硬件寄存器；用户态是最低特权级（x86的CPL=3，ARM的EL0），只能访问用户空间的受限资源。

至于什么会触发这个特权级标志位切换到内核态，主要是三类场景：

• 主动发起系统调用：用户态程序需要访问内核资源（比如读写文件、申请内存）时，会执行专门的指令触发切换——x86用syscall或int 0x80，ARM用svc。执行这些指令时，CPU会自动把特权级标志位设为内核态，同时跳转到内核预先定义好的系统调用入口点，之后内核处理完请求，再通过sysret（x86）或eret（ARM）切回用户态，把标志位改回去。
• 硬件中断或异常触发：当硬件设备（比如网卡、磁盘）完成工作发出中断，或者用户态代码触发了异常（比如访问不存在的内存导致页错误、除以零），CPU会立即暂停当前用户态执行流程，自动切换到内核态，同时设置特权级标志位，然后执行对应的中断/异常处理程序。处理完成后，再恢复用户态上下文，切回用户态。
• 系统启动初始化：电脑开机后，CPU从BIOS/UEFI启动时就处于最高特权级（内核态），整个内核的初始化过程都在这个模式下运行。直到内核完成所有初始化工作，启动第一个用户态进程（比如Linux的init或systemd）时，才会主动执行特权级切换指令，把标志位改成用户态，让进程在受限环境下运行。

需要注意的是，特权级切换是CPU硬件层面强制管控的，用户态代码没办法直接修改这个标志位——任何尝试绕过硬件机制的操作都会触发异常，被内核拦截处理。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mhsquare