要搞清楚什么是内核态，当然首先得明白：什么是「内核」
内核：OS的核心
内核负责提供基础性、结构性的功能，比如内存管理，文件系统等等。
很多初学者会误认为「内核 = 操作系统」，这是不对的。这种误区往往来源于Linux的命名，Linux本身只是一个内核，但我们也用Linux指代操作系统，实际上另一种不容易造成误会的名称为：「GNU/Linux」。
而学Linux，一般就是学Linux内核的实现，内核也是我们深入研究的核心。
但不要惧怕内核，内核本质也是程序，可能是C语言编写或者汇编语言编写的代码段，只是它们具有最高的权限等级，可以直接操作硬件。 当然内核是非常庞大雄伟的，代码量往往极大，但仍然是大量的C与少量的汇编，仅此而已。
内核空间
在OS中，对内存进行了划分，分成两个部分：用户空间和内核空间。
所有内核代码运行在内核空间，所有用户代码运行在用户空间。
内核的分类
内核有很多分类，比如宏内核，微内核，混合内核等等，Linux采用宏内核。
宏内核
那什么是宏内核呢？
内核要实现很多功能，比如实现TCP/IP网络通信，实现进程管理，内存管理，IO设备管理等等功能，我们可以根据这些功能划分成很多个模块，分开实现。
而宏内核就是将这些功能模块都集成在一起，即内核的全部代码，包括所有子系统（如内存管理、文件系统、设备驱动程序）都打包到一个文件中，在内核进程中运行。优点是性能高，缺点是耦合度高。
Linux采用宏内核。
微内核
与宏内核相对的是微内核。
微内核只提供最核心的功能，比如任务调度，中断处理等，其它模块如进程管理被移出内核，成为了服务进程，是一种特殊的用户进程。
在宏内核中，不同模块需要交互直接发起一个普通的函数调用即可，而在微内核中，由于不属于同一个进程，需要一种进程间通信的机制，这种通信依赖于微内核，因此运行速度会更慢一些。
当然还有混合内核，平衡两种方案的优缺点，在这就不细说了
下图对比宏内核与微内核，转自：微内核和宏内核
用户态 and 内核态
了解了内核，再来了解「内核态」就会比较轻松了。
「用户态」和「内核态」都是用来描述进程的「权限等级」的。
- 「内核态」是执行操作系统的代码的状态，有最高的权限等级，具有对所有硬件的完全访问权
- 「用户态」是执行用户代码的状态，比如我们下载的QQ、微信，浏览器访问网页，都属于「用户态」，而用户程序可以通过发起系统调用执行操作系统代码，这当然会切换到「内核态」
另一种理解是：因为我们知道内存分为「内核空间」和「用户空间」，因此「内核态」可以访问整个内存，包括「内核空间」和「用户空间」，而「用户态」只能访问「用户空间」。
操作系统一个很重要的功能就是向程序员提供优美的抽象，这种类似用户态的「所谓状态」就是一个优雅的抽象，但这也容易让人摸不着头脑。更具体地说，「用户/内核态」是两个比特位，00表示内核态，11表示用户态。
我们说过内核具有最高的权限等级，可以直接操作硬件。但是内核代码有部分也是C语言代码啊，我们自己也可以编写C语言代码，CPU该如何区分代码段来自内核还是来自用户呢？
CPU在程序状态寄存器设计了两位标志位，用于感知程序的「权限等级」，叫做ring。但是呢，大多数操作系统只用了两种，即0和3，两种「权限等级」，也就成了用户态和内核态。
CPU在保护模式下CS段寄存器的前两个bit保存着特权级的信息：00就是内核态，11就是特权最低的用户态。
因此，可以发现「内核态」的概念和CPU是紧耦合的。虽然「内核态」的概念是来自操作系统，但「内核态」本质是CPU的一种工作状态，是CPU的一种特权模式。
用户态切换内核态的时机
1、中断
发生硬件中断，比如键盘鼠标，DMA中断磁盘IO完成等等
2、系统调用
系统调用，是用户态主动的，需要依靠操作系统的支持完成对硬件的操作
3、异常
发生缺页异常等，缺页异常会在内存管理章节详述
具体如何切换
首先，Linux中，每个进程都有两个栈，分别是「用户栈」和「内核栈」，对应用户态和内核态使用。
具体可以分为三步：
- 首先拿到进程的内核栈地址空间（OS负责维护一个TSS字段存储内核栈的栈顶指针），切换到内核栈，将CPU上下文，即PC，寄存器等信息，压入到内核栈里。
- 无论是上述哪种方式触发的切换到内核态都是要执行内核方法的，将CPU的字段改为内核态，将内核程序装入相应寄存器（PC）中并开始执行内核程序
- 将内核栈的信息重新装入对应的寄存器中，将CPU的字段改回用户态，切换回用户栈，并继续执行用户程序。
可以看到，主要就是切换了两次栈地址，发生了两次CPU上下文切换（PC和所有寄存器） ，这就是用户态切换内核态带来的开销。当然上述流程包括了从内核态切换回用户态的过程。