从零写OS（十九）：exec 与用户程序

Sat, 09 May 2026 00:00:00 +0000

之前所有代码都跑在内核态（ring0）。这一章第一次让用户程序在 ring3 里运行——加载 ELF 文件，跳到用户态执行，用户程序通过 syscall 和内核通信。

这是操作系统最核心的一个边界：内核和用户程序之间的隔离。

exec 做什么

exec 的语义是"用一个新程序替换当前进程"：

从文件系统读 ELF 文件
解析 ELF header，找到各个段的加载地址
创建新的用户页表，把各段加载进去
分配用户栈
设置进程的 rip = 入口地址，rsp = 栈顶，cs/ss = 用户段，放入就绪队列

调度器下次选中这个进程，就会跳到用户态开始执行。

进入用户态：iretq

第一次进入用户态不能用 sysret——没有对应的 syscall。用 iretq：

static void enter_usermode(uint64_t rip, uint64_t cs,
                            uint64_t rflags, uint64_t rsp, uint64_t ss) {
    __asm__ volatile(
        "push %4\n"   // ss
        "push %3\n"   // rsp
        "push %2\n"   // rflags（IF=1，开中断）
        "push %1\n"   // cs（0x23，ring3 代码段）
        "push %0\n"   // rip（entry point）
        "iretq"
        :: "r"(rip), "r"(cs), "r"(rflags), "r"(rsp), "r"(ss)
    );
}

iretq 弹出这 5 个字段，CPU 检查 cs 的 RPL 发现是 ring3，自动完成特权级切换。

Sysret on 大飞的博客

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exec 做什么

进入用户态：iretq