一、Unix/Linux的體系架構

  Linux作業系統的體系架構分為使用者態和核心態。
  核心：本質是一種軟體，控制計算機的硬體資源，並提供給上層應用程式執行的環境。
  使用者態：上層應用程式的活動空間。為了是上層應用能訪問CPI資源、儲存資源、I/O資源等，核心必須為上層應用提供訪問的介面：系統呼叫。
  系統呼叫：是OS的最小功能單位，庫函式通過對系統呼叫的封裝，將簡單的業務邏輯呈現給上層，方便使用者呼叫。
  Shell：特殊的應用程式，是可程式設計的，可以執行Shell指令碼，指令碼的語句通常對系統呼叫做了封裝。

使用者態的應用程式可以通過三個方式來訪問核心態的資源：系統呼叫、庫函式、Shell指令碼

  下圖中，在使用者態（使用者空間）的應用程式經過系統呼叫進入核心態，操作和管理硬體資源及系統資源：程序管理、記憶體管理、檔案系統管理、裝置驅動管理、網路資源管理。再通過核心態的來訪問硬體裝置

二、使用者態和核心態的切換

  由於作業系統的資源有限，為了避免資源的過多消耗和使用衝突，Linux對不同的操作賦予了執行等級，特權級。Intel x86架構的CPU有0~3四個特權級，硬體在執行每條指令的時候都會對指令的特權級進行檢查。對Linux來說只用到了0和3，最高和最低特權，分別對應了核心態和使用者態。也就是說在Linux環境中，0級特權的指令具有CPU的最高執行權利，3級的指令則只有最基本的權利

。
  執行在核心態的程序可以執行任何操作，但是使用者態的進行可執行的操作和訪問的資源都會受限，這些使用者態的程序在執行的過程中，當需要執行核心許可權（0級特權）的操作時，需要程序使用者到到核心態的切換。
  例如C庫函式的malloc()，它通過sbrk()系統呼叫來分配記憶體，當malloc呼叫sbrk的時候，涉及到使用者態到核心態的切換。（系統呼叫本質是中斷，軟中斷）。

使用者態到核心態的切換：
①系統呼叫
  使用者態程序通過系統呼叫，申請使用系統提供的服務來完成工作，主動切換到核心態的形式。
②異常
  當CPU執行使用者態的程式，發生不可知的異常，會觸發從當前使用者態執行的程序轉向核心態執行相關的異常事件，進入核心態。例如缺頁異常。
③外圍裝置中斷
  外圍裝置完成使用者的請求之後，向CPU發出中斷訊號，CPU會暫時執行下一條即將執行的指令，轉而去執行中斷訊號對應的處理程式。如果先執行的指令是使用者態的，那麼就會轉向核心態。例如硬碟讀寫完成，系統會切換到硬碟讀寫的中斷處理程式中執行後續操作。

  這三種方式是系統在執行時，由使用者態切換到核心態的主要方式。其中系統呼叫是由使用者程序主動發起的，異常和外圍裝置中斷都是被動的。