Linux为什么区分内核空间和用户空间？

一个操作系统它也是一堆程序组成的，可以想象CPU的指令是很多的，但是这么多的指令中，有些指令涉及到系统底层的东西，如果有些指令错用或者使用不当是非常危险的，比如清内存、设置时钟、修改用户访问权限、分配系统资源等等，可能导致系统崩溃。

CPU将这些指令进行了分类，分为特权指令和非特权指令，不让所有程序都能使用所有指令，如果所有程序都能使用，那系统崩溃就会变得非常常见了。

操作系统的核心是内核，它是独立于普通的应用程序，负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性，所以一定要保证内核的安全。

为了保护内核的安全，操作系统一般都限制用户进程不能直接操作内核，在32位操作系统总的地址空间4G(2^32 = 4GB)，实现这个限制的方式就是操作系统将总的地址空间分为两个部分，对于Linux操作系统：

1. 高位的1G空间(0xC000 0000 – 0xFFFF FFFF)分配给内核，称为内核空间，内核程序运行在内核空间，对应的进程就处于内核态(管态)。

2. 另外3G空间(0x0000 0000 – 0xBFFF FFFF)分配给用户使用，称为用户空间，用户程序运行在用户空间，对应的进程处于用户态(目态)。

引用之前写的一篇文章(你该知道你写的程序的内存布局)的图

总之，有1G的内核空间是每个进程共享的，剩下的3G是进程自己使用的。

在内核态下，CPU可以执行指令系统的全集，也就是说内核态进程可以调用系统的一切资源，但是特权指令只能在内核态下执行，它不直接提供给用户使用，用户态下只能使用非特权指令，也就是说用户态进程只能执行简单运算，不能直接调用系统资源。

那么CPU如何知道当前是否可以使用特权指令?

有一个标志寄存器，又称程序状态字寄存器PSW(Program Status Word)，有一个标志位来标识处理器当前处于哪一个状态，比如0是处于用户态，1是处于内核态，有了这个状态就能判断该使用什么指令。

Linux操作系统通过区分内核空间和用户空间的这种设计，将操作系统代码和用户程序代码分开，这样即使在某一个应用程序出错，也不会影响到操作系统，再说，Linux操作系统是多任务系统，其它应用程序不也还能运行。

现代操作系统基本上都是分内核空间和用户空间的做法，来保护操作系统自身的安全性和稳定性，这也是区分内核空间和用户空间的本质。