详解linux内核空间和用户空间详解LINUX

Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为“内核空间”。而将较低的3G字节(从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。

Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图),每个进程有各自的私有用户空间(0~3G)这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。

内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。无论是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对于内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。

那么内核空间和用户空间之间如何进行通讯呢?一般通过系统调用进行通信。

如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动?判断的标准是什么?

用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问,例如将驱动的IO空间映射到用户空间等。因此,主要的判断依据就是系统调用。另外,用户态的链表和内核链表不同,用户态使用printf,内核态使用printk。用户态每个应用程序空间是虚拟的、相对独立的,而内核态中则不是独立的,所以编程需要非常小心。当然,用户态和内核态程序通讯的可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。

当一个任务(进程)执行系统调用而陷入内核代码中执行时,我们就称进程处于内核运行态(或简称为内核态)。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核代码中执行。当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时,则称其处于用户运行态(用户态)。即此时处理器在特权级最低的(3级)用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时,此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似。

处理器总处于以下状态中的一种:

1、内核态,运行于进程上下文,内核代表进程运行于内核空间;

2、内核态,运行于中断上下文,内核代表硬件运行于内核空间;

3、用户态,运行于用户空间。

用户空间的应用程序,通过系统调用,进入内核空间。这个时候用户空间的进程要传递很多变量、参数的值给内核,内核态运行的时候也要保存用户进程的一些寄存器值、变量等。所谓的“进程上下文”,可以看作是用户进程传递给内核的这些参数以及内核要保存的那一整套的变量和寄存器值和当时的环境等。

硬件通过触发信号,导致内核调用中断处理程序,进入内核空间。这个过程中,硬件的一些变量和参数也要传递给内核,内核通过这些参数进行中断处理。所谓的“中断上下文”,其实也可以看作就是硬件传递过来的这些参数和内核需要保存的一些其他环境(主要是当前被打断执行的进程环境)。

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1.003Linux内核什么是内核空间,用户空间?注意:用户空间和内核空间之间的切换涉及到一定的开销,因此需要尽量减少切换的次数,提高系统的性能。 Linux中内核空间、用户空间的区别? 内存访问权限不同:内核空间的内存访问权限比用户空间更高,因为内核需要访问整个系统的物理资源,例如设备驱动、中断处理程序等。 https://blog.csdn.net/qq_41709234/article/details/131060489
2.内核空间和用户空间之间的差异腾讯云开发者社区内核空间和用户空间是操作系统中的两个重要概念,用于区分操作系统内核和用户程序的运行环境。它们之间的差异主要体现在以下几个方面: 1. 定义:内核空间是操作系统内核运行的环境,包含操作系统的核心功能和https://cloud.tencent.com/developer/information/%E5%86%85%E6%A0%B8%E7%A9%BA%E9%97%B4%E5%92%8C%E7%94%A8%E6%88%B7%E7%A9%BA%E9%97%B4%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%B7%AE%E5%BC%82-article
3.Linux为什么区分内核空间和用户空间?Linux操作系统通过区分内核空间和用户空间的这种设计,将操作系统代码和用户程序代码分开,这样即使在某一个应用程序出错,也不会影响到操作系统,再说,Linux操作系统是多任务系统,其它应用程序不也还能运行。 现代操作系统基本上都是分内核空间和用户空间的做法,来保护操作系统自身的安全性和稳定性,这也是区分内核空间和用户https://www.51cto.com/article/701867.html
4.Linux内核空间与用户空间有什么不同问答Linux内核空间和用户空间是操作系统中的两个不同的运行环境。1. 权限:Linux内核空间具有更高的权限,可以直接访问硬件资源和操作系统的核心功能,如内存管理、进程调度、设备驱动等。用户空间则受到限制,不能直接访问这些核心功能,只能通过系统调用来请求内核执行特定的操作。2. 内存访问:内核空间可以直接访问整个系统的https://www.yisu.com/ask/5945656.html
5.Linux中内核空间与用户空间的区别在哪?Linux运维培训Linux作为近几年来十分热门的操作系统,被广大开发者所使用的,那在Linux后期的学习中,我们会接触到内核空间和用户空间,两者乍看都是空间,那究竟区别在哪?或者说我们什么情况该使用哪种更为合适呢?接下来老男孩教育通过这篇文章为大家介绍一下。https://www.oldboyedu.com/blog/3012.html
6.内核对象命名空间“Session\”前缀保留供系统使用,不应在内核对象的名称中使用它。 通过使用会话实现快速用户切换。 第一个登录用户使用会话 1,下一个登录用户使用会话 2 等。 内核对象名称必须遵循为远程桌面服务列出的准则,以便应用程序可以支持多个用户。 从会话零以外的会话创建全局命名空间中的文件映射对象或符号链接对象(例如使用https://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa382954
7.硬核操作系统讲解内核空间:操作系统内核访问的区域,独立于普通的应用程序,是受保护的内存空间。内核态下CPU可执行任何指令,可自由访问任何有效地址。 用户空间:普通应用程序可访问的内存区域。被执行代码会受到CPU众多限制,进程只能访问映射其地址空间的页表项中规定的在用户态下可访问页面的虚拟地址。 那为啥要搞俩空间呢?现在嵌入式环http://baijiahao.baidu.com/s?id=1705058832615063960&wfr=spider&for=pc
8.[转]Linux内核使用浮点问题出现这种问题的原因是:内核由于性能原因,在内核运行的代码,内核在进行上下文切换时,不会主动保存和恢复浮点寄存器。这样可能会导致内核在进行浮点运算时,可能会破坏此时用户空间的浮点寄存器状态,导致用户空间的fpsimd_state状态异常,随后程序的行为将变的不可控。https://www.jianshu.com/p/c1b29f9dea97
9.Linux系统中,为何需要区分内核空间与用户空间?为什么黄章的魅族和雷军的小米走向了两个完全不同的结局? 195 万热度 4 深圳市实施赴港旅游「一签行」政策,珠海市实施赴澳旅游「一周一行」政策,赴港澳旅游新政释放了什么信号? 117 万热度 查看更多 ? ? AI 总结 Linux 系统中,为何需要区分内核空间与用户空间? 已引用 8 位答主的内容 查看AI 回答 赞同https://www.zhihu.com/question/553731336/answer/2675160636?utm_id=0