1.内核程序与应用程序
要清晰理解内核与应用程序在权限、行为上的核心差异，首先需明确CPU的两种运行模式：用户态和内核态，二者的运行环境和权限截然不同。
我们日常接触、开发的各类程序，无论是用户安装的软件，还是操作系统自带的工具、服务，都属于应用程序。这类程序均运行在用户态，自身不具备直接操作硬件、管理系统资源的权限，必须依赖操作系统提供的功能支持，才能完成各类任务。比如文件读写、网络通信、内存分配等操作，应用程序无法直接执行，需通过系统调用接口向操作系统发起请求，由操作系统统一处理请求、调度资源，以此保障系统的稳定性和安全性。
与之相对，有一类程序直接运行在操作系统的核心层面，核心职责是管理系统硬件资源、调度任务、处理硬件中断，这类程序就是内核程序。无数内核程序共同构成了操作系统的核心内核（Kernel），它们运行在权限最高的内核态，是操作系统正常运行的基础。内核程序直接掌控硬件资源，同时接收并处理应用程序发起的系统调用，为应用程序提供稳定的运行环境和服务支持，是连接硬件与应用程序的核心桥梁。
2.特权指令和普通指令
操作系统的内核作为系统真正的管理者，可以直接操作硬件资源，比如清除内存、控制设备、管理进程等，这些操作如果被普通应用程序随意执行，可能会导致系统崩溃或者安全问题。因此，CPU设计了两种不同的指令集：特权指令和普通指令。特权指令只能在内核态下执行，普通指令则可以在用户态下执行。
在CPU中有个叫 程序状态字(Program Status Word，PSW) 的寄存器，其中有一个特权级别位（Privilege Level Bit），当处于内核态时，这个位被设置为1，允许执行特权指令；当处于用户态时，这个位被设置为0，只能执行普通指令。
3.内核态与用户态的切换
打开电脑，按下电源键，CPU是运行在内核态的，负责启动操作系统，加载内核程序，初始化系统资源等。当操作系统启动完成后，内核会执行一条特权指令，把PSW的标志位设置为用户态，从而让出CPU的控制权，使得用户的应用程序可以开始运行。
如果CPU发现用户试图执行特权指令，CPU会检查自己的PSW寄存器，发现当前处于用户态，指令是非法的，就会触发中断信号，切换回内核态，由操作系统的内核程序来处理这个信号，这个中断信号使得操作系统再次获得CPU的控制权，处理完成后再切换回用户态继续执行应用程序。