CPU环是最明显的区别
在x86保护模式下，CPU始终处于4个振铃之一。Linux内核仅使用0和3：
这是内核vs用户态的最难，最快速的定义。
为什么Linux不使用环1和2：CPU特权环：为什么不使用环1和2？
如何确定当前铃声？
当前铃声是通过以下方式选择的：
每个环能做什么？
CPU芯片的物理构造是：
程序和操作系统如何在环之间转换？
当CPU开启时，它会在环0中开始运行初始程序（虽然不错，但这是一个很好的近似值）。您可以认为此初始程序是内核（但通常是引导加载程序，然后仍在环0中调用内核）。
当用户级进程希望内核为其执行某项操作（例如写入文件）时，它将使用生成中断的指令，例如int 0x80或syscall向内核发出信号。x86-64 Linux syscall你好世界示例：
.data
hello_world:
.ascii "hello world\n"
hello_world_len = . - hello_world
.text
.global _start
_start:
/* write */
mov $1, %rax
mov $1, %rdi
mov $hello_world, %rsi
mov $hello_world_len, %rdx
syscall
/* exit */
mov $60, %rax
mov $0, %rdi
syscall
编译并运行：
as -o hello_world.o hello_world.S
ld -o hello_world.out hello_world.o
./hello_world.out
GitHub上游。
发生这种情况时，CPU会调用内核在引导时注册的中断回调处理程序。这是一个注册处理程序并使用它的裸机示例。
该处理程序在环0中运行，该环决定内核是否允许该操作，执行该操作并在环3中重新启动userland程序。x86_64
当使用exec系统调用时（或内核将启动时/init），内核准备新的userland进程的寄存器和内存，然后跳转到入口点并将CPU切换到第3环
如果程序试图做一些顽皮的事情，例如写入禁止的寄存器或内存地址（由于页面调度），CPU还会在环0中调用一些内核回调处理程序。
但是由于用户空间很顽皮，内核这次可能会终止进程，或者发出警告并带有信号。
内核启动时，它将设置一个固定频率的硬件时钟，该时钟会定期生成中断。
该硬件时钟生成运行于环0的中断，并允许其计划唤醒哪些用户区进程。
这样，即使进程未进行任何系统调用，调度也可能发生。
多环有什么意义？
分离内核和用户域有两个主要优点：
- 更加容易地制作程序，因为您更确定一个程序不会干扰另一个程序。例如，一个用户态进程不必担心由于页面调度而覆盖另一程序的内存，也不必担心将硬件置于另一进程的无效状态。
- 它更安全。例如，文件许可权和内存分离可能会阻止黑客应用读取您的银行数据。当然，这假定您信任内核。
怎么玩呢？
我创建了一个裸机设置，应该是直接操作环的好方法：https : //github.com/cirosantilli/x86-bare-metal-examples
不幸的是，我没有耐心举一个用户区示例，但是我确实进行了分页设置，因此用户区应该是可行的。我很乐意看到拉取请求。
另外，Linux内核模块在环0中运行，因此您可以使用它们来尝试特权操作，例如读取控制寄存器：如何从程序中访问控制寄存器cr0，cr2，cr3？获取细分错误
这是一个方便的QEMU + Buildroot设置，可以在不杀死主机的情况下进行尝试。
内核模块的缺点是其他kthreads正在运行，并且可能会干扰您的实验。但是从理论上讲，您可以使用内核模块来接管所有的中断处理程序并拥有系统，这实际上是一个有趣的项目。
负环
尽管英特尔手册中并未实际提及负环，但实际上有一些CPU模式具有比环0本身更多的功能，因此非常适合“负环”名称。
一个示例是虚拟化中使用的管理程序模式。
有关更多详细信息，请参见：
臂
在ARM中，环被称为“异常级别”，但主要思想保持不变。
ARMv8中存在4个异常级别，通常用作：
EL0：用户区
EL1：内核（ARM术语中的“主管”）。
与svc指令（SuperVisor调用）一起输入，该指令以前称为swi 统一汇编之前，它是用于进行Linux系统调用的指令。Hello world ARMv8示例：
你好
.text
.global _start
_start:
/* write */
mov x0, 1
ldr x1, =msg
ldr x2, =len
mov x8, 64
svc 0
/* exit */
mov x0, 0
mov x8, 93
svc 0
msg:
.ascii "hello syscall v8\n"
len = . - msg
GitHub上游。
在Ubuntu 16.04上使用QEMU进行测试：
sudo apt-get install qemu-user gcc-arm-linux-gnueabihf
arm-linux-gnueabihf-as -o hello.o hello.S
arm-linux-gnueabihf-ld -o hello hello.o
qemu-arm hello
这是一个注册SVC处理程序并进行SVC调用的裸机示例。
EL2：系统管理程序，例如Xen。
与hvc指令一起输入（HyperVisor调用）。
虚拟机管理程序是针对操作系统的，就像操作系统是针对用户的。
例如，Xen允许您在同一系统上同时运行多个操作系统，例如Linux或Windows，并且为了安全性和调试的方便性，它们相互隔离，就像Linux对用户层程序所做的那样。
虚拟机管理程序是当今云基础架构的关键部分：它们允许多个服务器在单个硬件上运行，从而使硬件使用率始终接近100％，并节省了大量资金。
例如，直到2017年AWS 迁移到KVM时才使用Xen 。
EL3：再上一层。TODO示例。
输入smc说明（安全模式调用）
在ARMv8架构参考模型DDI 0487C.a - D1章-的AArch64系统级编程模型-图D1-1说明了这美丽的：
随着ARMv8.1虚拟化主机扩展（VHE）的出现，ARM情况发生了一些变化。此扩展允许内核有效地在EL2中运行：
之所以创建VHE，是因为KVM之类的Linux内核内部虚拟化解决方案已经超过Xen（例如，AWS向上述KVM的迁移），因为大多数客户端仅需要Linux VM，并且可以想象，它们全部集成在一个虚拟机中在项目中，KVM比Xen更简单，效率更高。因此，现在在这些情况下，主机Linux内核将充当管理程序。
请注意，也许是由于事后观察的好处，ARM如何比x86具有更好的特权级别命名约定，而又不需要否定级别：0为最低，3为最高。较高的级别往往比较低的级别创建的频率更高。
可以通过以下MRS指令查询当前的EL ：当前的执行模式/异常级别等是什么？
ARM不需要提供所有异常级别，以允许不需要该功能的实现来节省芯片面积。ARMv8“异常级别”说：
一个实现可能不包括所有的异常级别。所有实现都必须包括EL0和EL1。EL2和EL3是可选的。
例如，QEMU默认为EL1，但是可以使用命令行选项启用EL2和EL3：qemu-system-aarch64在模拟a53通电时输入el1
代码片段已在Ubuntu 18.10上进行了测试。