操作系统是一种系统软件，它管理计算机硬件资源和提供服务给应用程序。操作系统执行如下任务：

不同类型的操作系统有不同的设计理念、特点和适用范围。最常见的操作系统包括Windows、MacOS、Linux等。

用户态和内核态是计算机系统中的两种模式，它们具有不同的权限和特点。

用户态： 是指应用程序运行的模式，它是指进程在安全保护的环境下运行程序时所处的一种状态。在用户态中，进程可以直接读取用户程序的数据，应用程序只能访问自己的内存空间和限制好的操作系统资源，拥有的权限较低，比如说打开文件和申请内存等，而不能直接访问系统资源和内核代码。这样可以保证应用程序不能对整个系统进行破坏。当应用程序需要执行某些需要特殊权限的操作，就需要向操作系统发起系统调用请求，进入内核态。

内核态： 是指操作系统运行的模式，它几乎可以访问计算机的任何资源包括系统的内存空间、设备、驱动程序等，不受限制，拥有非常高的权限。当操作系统接收到进程的系统调用请求时，就会从用户态切换到内核态，执行相应的系统调用，并将结果返回给进程，最后再从内核态切换回用户态。

内核态相比用户态拥有更高的特权级别，因此能够执行更底层、更敏感的操作。不过，由于进入内核态需要付出较高的开销（需要进行一系列的上下文切换和权限检查），应该尽量减少进入内核态的次数，以提高系统的性能和稳定性。

在操作系统中，如果只有一个内核态，那么系统就可以访问系统所拥有的所有的资源，没有访问的限制，这样做虽然大大提高了操作的灵活性和效率，但是也带来了一系列的问题：

因此，同时具有用户态和内核态是为了保证计算机的安全性、稳定性和性能。

用户态和内核态的切换是通过系统调用来完成的。用户态的程序执行系统调用时，CPU会临时切换到内核态，访问完特权资源后，在返回到用户态继续执行程序。

用户态切换到内核态的 3 种方式：

在系统的处理上，中断和异常类似，都是通过中断向量表来找到相应的处理程序进行处理。区别在于，中断来自处理器外部，不是由任何一条专门的指令造成，而异常是执行当前指令的结果。

系统调用是操作系统提供给用户程序的一种接口，通过它，用户程序可以请求操作系统提供各种服务。我们运行的用户程序中，凡是与系统态级别的资源有关的操作（如文件管理、进程控制、内存管理等)，都必须通过系统调用方式向操作系统提出服务请求，并由操作系统代为完成。

系统调用是应用程序与操作系统之间进行交互的一种方式，通过系统调用，应用程序可以访问操作系统底层资源例如文件、设备、网络等。

用户程序调用系统调用，传递相应的参数并触发系统调用指令。

CPU将程序的控制流切换到内核态，操作系统接手程序的运行。

操作系统根据系统调用的类型和参数执行相应的内核代码，完成请求的服务。

操作系统将执行结果返回给用户程序，并将控制流切换回用户态。

用户程序继续执行，根据操作系统返回的结果继续运行。

用户态的程序发起系统调用，因为系统调用中涉及一些特权指令（只能由操作系统内核态执行的指令），用户态程序权限不足，因此会中断执行，也就是 Trap（Trap 是一种中断）。

发生中断后，当前 CPU 执行的程序会中断，跳转到中断处理程序。内核程序开始执行，也就是开始处理系统调用。

内核处理完成后，主动触发 Trap，这样会再次发生中断，切换回用户态工作。