Kam*_*ran 6 linux cpu operating-systems process kernel
谁负责确定进程处于内核模式还是用户模式？我知道内核知道哪个进程属于哪个空间，但是 CPU 如何确定呢？我的意思是 CPU 应该知道进程或执行语句的模式吗？如果是如何？如果没有，那么当用户想要做一些被禁止的事情时会发生什么？当我们说用户应用程序只能看到机器资源的一个子集时，我知道这意味着应用程序不能执行特定任务，例如在 CPU 中，但谁阻止应用程序做这些事情，更重要的是如何？
嗯，相当有趣的问题。我会尽力帮助...
谁负责确定进程处于内核模式还是用户模式？
操作系统设计者决定:-)。所有现代操作系统都在用户模式下运行所有进程（x86 架构中“保护模式”下的“环 3”），因为这是使用内存保护和虚拟内存等功能所必需的。较旧和/或更简单的操作系统可以在内核模式下运行所有进程（例如 x86 中的“实模式”）；这取决于操作系统设计。例如，MS-DOS 就是这样工作的。
请注意，处理器模式的实际名称和类型在不同架构（x86、Sparc、PowerPC...）之间有所不同；然而，所有现代处理器都有类似的“受保护”模式，人们可以称之为“用户”模式。
我知道内核知道哪个进程属于哪个空间，但是 CPU 如何确定呢？
CPU 不“知道”它，因为 CPU 对进程一无所知；这些是操作系统提供的抽象。CPU 只执行提供给它的代码。CPU 有在不同模式之间切换的指令，操作系统使用这些指令根据需要将 CPU 置于正确的模式。
例如，在 x86 上，计算机将以“实模式”启动（出于兼容性原因）。当 Linux 或 Windows（NT 及更高版本）等操作系统启动时，它所做的第一件事就是切换到“保护模式”。然后它使用“环”功能来控制每个程序对硬件的访问。OS 内核在 ring 0（完全权限）中运行；用户软件在环 3（受限）中运行。每当操作系统将控制权交给用户软件时（即当它启动或恢复用户进程时），它首先会切换到环 3。然后控制权返回给内核，CPU 切换回环 0。
模式/环之间的切换究竟如何工作取决于 CPU 架构。大多数体系结构提供特殊的指令或机制进行切换。一旦 CPU 切换到某种模式/环，它就会自行跟踪该模式（以及任何相关的限制）。
有关 x86 架构如何工作的详细信息，请参阅这篇文章：http : //duartes.org/gustavo/blog/post/cpu-rings-privilege-and-protection
顺便说一句：受限 CPU 模式中的保护/限制主要由 CPU 的内存管理单元实现。较旧和/或更简单的处理器（例如 Amiga 和 Atari ST 使用的 Motorola 68000 或来自 C64 的 6510）没有 MMU；因此他们无法运行区分内核模式和用户模式的操作系统。这就是为什么例如 Linux m68k 端口至少需要摩托罗拉 68020 处理器才能运行；早期的 68000 和 68010 没有 MMU。
我的意思是 CPU 应该知道进程或执行语句的模式吗？如果是如何？
是的，CPU 知道它，因为它知道当前正在运行哪种模式（尽管它不知道为什么）。
如果没有，那么当用户想要做一些被禁止的事情时会发生什么？当我们说用户应用程序只能看到机器资源的一个子集时，我知道这意味着应用程序不能执行特定任务，例如在 CPU 中，但谁阻止应用程序做这些事情，更重要的是如何？
一个很好的问题。CPU 本身停止应用程序。
如果代码（应用程序）在权限受限的模式下运行（例如 x86 上保护模式下的 ring 3），则代码可能无法执行某些操作（例如访问分配给它的区域之外的内存）。CPU 知道这一点，并在执行前检查每条指令是否存在可能的违规。如果检测到违规，CPU 将停止执行违规代码（这称为“异常”或硬件中断），并跳转到特殊的错误处理代码（由 OS 预先设置）。
这有效地将控制权传回给操作系统，然后操作系统可以按照它认为合适的方式执行：如果异常是由于访问已换出到磁盘的内存（这就是“分页”的工作原理）而导致的，则从磁盘获取内存，终止进程它非法访问内存（可怕的“保护错误”或“分段错误”）等。