1. Linux特权级简介
在Linux操作系统中，有不同的特权级别，即用户模式和内核模式。用户模式是指普通应用程序运行的环境，而内核模式是指操作系统内核运行的环境。
用户模式只能访问有限的资源和执行特定的操作，比如读取文件、打开网络连接等。而内核模式具有更高的特权级别，可以访问系统的所有资源和执行更底层的操作，比如管理内存、创建进程等。
2. 用户模式与内核模式的切换
2.1 用户模式到内核模式的切换
在普通应用程序运行过程中，当需要执行特权操作时，就需要从用户模式切换到内核模式。这个切换过程称为系统调用（System Call）。
系统调用是通过指令INT提供的，比如INT 0x80指令。当应用程序执行INT 0x80指令时，会触发一个中断，进入内核模式执行相应的操作。
int open(const char *pathname, int flags);以上是一个常见的系统调用open的函数原型，该函数可以打开一个文件。在调用这个函数时，应用程序传递文件名和打开方式等参数给内核，然后由内核在内核模式下执行相应的操作。
2.2 内核模式到用户模式的切换
当内核完成某个特权操作后，需要将控制权返回给应用程序，即从内核模式切换回用户模式。这个切换过程称为上下文切换（Context Switch）。
上下文切换涉及到保存和恢复寄存器状态、虚拟内存映射等操作，以确保应用程序能够继续执行。
内核将应用程序的上下文信息保存起来，例如程序计数器、堆栈指针等，然后将这些信息替换为下一个将要执行的应用程序的上下文信息，最后将控制权转交给该应用程序。
3. 操作系统保护机制
3.1 特权级别的限制
Linux操作系统通过特权级别的限制来保护系统的安全性。用户程序运行在用户模式下，只能访问受限资源，不能访问内核态和其他用户的数据。
内核模式下的代码拥有更高的特权级别，可以直接操作硬件和内核数据，但是也受到限制。内核模式下的代码需要经过严格的验证和授权，防止恶意代码对系统进行破坏。
此外，Linux还提供了用户空间和内核空间的分离，用户空间只包含用户模式的代码和数据，而内核空间包含内核模式的代码和数据。这样可以有效隔离应用程序和内核，保护系统免受恶意代码的侵害。
3.2 访问控制
Linux操作系统通过访问控制机制来限制用户程序对系统资源的访问。每个文件和设备都有相应的访问权限（读、写、执行），只有具有相应权限的用户或用户组才能访问。
访问控制是通过用户标识（User ID）和组标识（Group ID）来实现的。每个用户都有一个唯一的User ID，用于标识用户的身份。而每个用户组也有一个唯一的Group ID，用于标识用户组的身份。
3.3 虚拟内存保护
Linux操作系统采用虚拟内存技术来保护应用程序的内存空间。每个应用程序都拥有自己的虚拟地址空间，而不是直接访问物理内存。
虚拟内存技术将应用程序的虚拟地址映射到物理内存的物理地址，同时还可以进行内存隔离、内存重分配等操作。这样可以确保每个应用程序无法访问其他应用程序的内存空间，保护数据的安全性。
4. 总结
本文深入剖析了Linux操作系统的特权级别和保护机制。通过特权级别的切换，用户程序可以在用户模式和内核模式之间进行交互，实现复杂的操作。
Linux通过特权级别的限制、访问控制和虚拟内存保护等机制，保护系统的安全性和稳定性。这些保护机制为应用程序提供了一个可信赖的运行环境，保护用户的隐私和数据安全。