谁负责确定进程处于内核模式还是用户模式？我知道内核知道哪个进程属于哪个空间，但 CPU 如何确定呢？我的意思是 CPU 是否应该知道进程或正在执行语句的模式？如果是，该怎么做？如果不是，那么当用户想要做一些被禁止的事情时会发生什么？当我们说用户应用程序只能看到机器资源的子集时，我知道这意味着应用程序不能在 CPU 中执行特定任务，但是谁阻止应用程序执行此类操作，更重要的是如何阻止？
答案1
嗯，这个问题相当有趣。我会尽力帮助你……
谁负责确定进程处于内核模式还是用户模式？
操作系统设计者决定 :-)。所有现代操作系统都以用户模式（x86 架构中“保护模式”中的“ring 3”）运行所有进程，因为这对于使用内存保护和虚拟内存等功能是必要的。较旧和/或较简单的操作系统可能以内核模式（例如 x86 中的“实模式”）运行所有进程；这取决于操作系统设计。例如，MS-DOS 就是这样工作的。
请注意，不同架构（x86、Sparc、PowerPC……）之间处理器模式的实际名称和类型有所不同；但是所有现代处理器都有类似的“保护”模式，可以称之为“用户”模式。
我知道内核知道哪个进程属于哪个空间，但是 CPU 如何确定这一点？
CPU 并不“知道”它，因为 CPU 对进程一无所知；这些是操作系统提供的抽象。CPU 只执行输入的代码。CPU 有在不同模式之间切换的指令，操作系统使用这些指令根据需要将 CPU 置于正确的模式。
例如，在 x86 上，计算机将以“实模式”启动（出于兼容性原因）。当 Linux 或 Windows（NT 及更高版本）等操作系统启动时，它所做的第一件事就是切换到“保护模式”。然后，它使用“环”功能来控制每个程序对硬件的访问。操作系统内核在环 0（完全权限）中运行；用户软件在环 3（受限）中运行。每当操作系统将控制权传递给用户软件时（即当它启动或恢复用户进程时），它将首先切换到环 3。然后控制权交还给内核，CPU 切换回环 0。
模式/环之间的切换具体如何进行取决于 CPU 架构。大多数架构都提供切换的特殊指令或机制。一旦 CPU 切换到某个模式/环，它就会自行跟踪该模式（以及任何相关限制）。
有关其在 x86 架构上如何运作的详细信息，请参阅以下文章：http://duartes.org/gustavo/blog/post/cpu-rings-privilege-and-protection
另外：受限 CPU 模式中的保护/限制主要由内存管理单元CPU。较旧和/或较简单的处理器（例如 Amiga 和 Atari ST 使用的 Motorola 68000 或 C64 的 6510）没有 MMU；因此它们无法运行区分内核和用户模式的操作系统。这就是为什么例如 Linux m68k 端口至少需要 Motorola 68020 处理器才能运行；早期的 68000 和 68010 没有 MMU。
我的意思是 CPU 是否应该了解进程或执行语句的模式？如果是，该怎么做？
是的，CPU 知道这一点，因为它知道当前正在以哪种模式运行（尽管它不知道为什么）。
如果没有，那么当用户想做一些被禁止的事情时会发生什么？当我们说用户应用程序只能看到机器资源的子集时，我知道这意味着应用程序不能执行特定任务，例如在 CPU 中，但是谁阻止应用程序执行此类任务，更重要的是如何阻止？
这个问题问得好。CPU 本身会停止应用程序。
如果代码（应用程序）在具有有限权限的模式下运行（例如 x86 上的受保护模式下的 ring 3），则代码可能无法执行某些操作（例如访问其分配区域之外的内存）。CPU 知道这一点，并在执行每条指令之前检查可能的违规行为。如果检测到违规，CPU 将停止执行违规代码（这称为“异常”或硬件中断），并跳转到特殊的错误处理代码（由操作系统预先设置）。
这实际上将控制权交还给了操作系统，然后操作系统可以根据需要进行操作：如果异常是由于访问已换出到磁盘的内存而导致的，则从磁盘获取内存（这就是“分页”的工作方式）；如果进程非法访问内存（可怕的“保护错误”或“分段错误”），则终止该进程，等等。
答案2
答案3
您的问题的基本答案是：“发生中断时，CPU 会切换到内核模式。”由于操作系统本身在启动过程中设置了中断向量（处理程序），所有这些都指向……内核。进程进行的每个系统调用都只不过是（软件）中断，这意味着调用中断处理程序，而中断处理程序只不过是内核本身（使用寄存器中指定的参数）。
内核在将控制权交给用户进程之前，会设置定时器，使其在一段时间后生成中断，将处理器设置为用户模式，然后将控制权交给用户进程。一段时间后，定时器生成中断，控制权又回到内核。
当然：使用计时器、使用中断向量（处理程序）和使用 CPU 模式都是特权指令，并且允许内核模式进程（即内核本身）执行。