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系統編程哪些操作會進入內核空間

發布時間:2023-09-21 09:10:29

『壹』 在unix/linux系統中,什麼是用戶態,什麼是內核態

用戶態和內核態

內核棧:Linux中每個進程有兩個棧,分別用於用戶態和內核態的進程執行,其中的內核棧就是用於內核態的堆棧,它和進程的task_struct結構,更具體的是thread_info結構一起放在兩個連續的頁框大小的空間內。
現在我們從特權級的調度來理解用戶態和內核態就比較好理解了,當程序運行在3級特權級上時,就可以稱之為運行在用戶態,因為這是最低特權級,是普通的用戶進程運行的特權級,大部分用戶直接面對的程序都是運行在用戶態;反之,當程序運行在0級特權級上時,就可以稱之為運行在內核態。
雖然用戶態下和內核態下工作的程序有很多差別,但最重要的差別就在於特權級的不同,即權力的不同。運行在用戶態的程序不能訪問操作系統內核數據結構合程序。 當我們在系統中執行一個程序時,大部分時間是運行在用戶態下的。在其需要操作系統幫助完成某些它沒有權力和能力完成的工作時就會切換到內核態。
Linux進程的4GB地址空間,3G-4G部分大家是共享的,是內核態的地址空間,這里存放在整個內核的代碼和所有的內核模塊,以及內核所維護的數據。用戶運行一個程序,該程序所創建的進程開始是運行在用戶態的,如果要執行文件操作,網路數據發送等操作,必須通過write,send等系統調用,這些系統調用會調用內核中的代碼來完成操作,這時,必須切換到Ring0,然後進入3GB-4GB中的內核地址空間去執行這些代碼完成操作,完成後,切換回Ring3,回到用戶態。這樣,用戶態的程序就不能隨意操作內核地址空間,具有一定的安全保護作用。
保護模式,通過內存頁表操作等機制,保證進程間的地址空間不會互相沖突,一個進程的操作不會修改另一個進程的地址空間中的數據。在內核態下,CPU可執行任何指令,在用戶態下CPU只能執行非特權指令。當CPU處於內核態,可以隨意進入用戶態;而當CPU處於用戶態,只能通過中斷的方式進入內核態。一般程序一開始都是運行於用戶態,當程序需要使用系統資源時,就必須通過調用軟中斷進入內核態.

『貳』 為什麼Linux內核要把內核地址放在高地址空間內

我們知道現在操作系統都是採用虛擬存儲器,那麼對32位操作系統而言,它的定址空間(虛擬存儲空間)為4G(2的32次方)。操心系統的核心是內核,獨立於普通的應用程序,可以訪問受保護的內存空間,也有訪問底層硬體設備的所有許可權。為了保證用戶進程不能直接操作內核,保證內核的安全,操心系統將虛擬空間劃分為兩部分,一部分為內核空間,一部分為用戶空間。針對linux操作系統而言,將最高的1G位元組(從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供內核使用,稱為內核空間,而將較低的3G位元組(從虛擬地址0x00000000到0xBFFFFFFF),供各個進程使用,稱為用戶空間。每個進程可以通過系統調用進入內核,因此,Linux內核由系統內的所有進程共享。於是,從具體進程的角度來看,每個進程可以擁有4G位元組的虛擬空間
需要注意的細節問題:
(1) 內核空間中存放的是內核代碼和數據,而進程的用戶空間中存放的是用戶程序的代碼和數據。不管是內核空間還是用戶空間,它們都處於虛擬空間中。
(2) Linux使用兩級保護機制:0級供內核使用,3級供用戶程序使用。
內核態與用戶態:
(1)當一個任務(進程)執行系統調用而陷入內核代碼中執行時,稱進程處於內核運行態(內核態)。此時處理器處於特權級最高的(0級)內核代碼中執行。當進程處於內核態時,執行的內核代碼會使用當前進程的內核棧。每個進程都有自己的內核棧。
(2)當進程在執行用戶自己的代碼時,則稱其處於用戶運行態(用戶態)。此時處理器在特權級最低的(3級)用戶代碼中運行。當正在執行用戶程序而突然被中斷程序中斷時,此時用戶程序也可以象徵性地稱為處於進程的內核態。因為中斷處理程序將使用當前進程的內核棧。

『叄』 linux系統中,進程進行系統調用進入內核態時,是該進程本身進入內核態還是操作系統新開了一個內核線程

可以說是進程本身進入內核態。
系統調用調用了內核代碼,但是,還是屬於這個進程的進程上下文。
進程的切換要依靠時鍾中斷。
還要明白內核線程的功能,與進程切換沒關系。

『肆』 Linux系統調用詳解(如何從用戶空間進入內核

其實進程在內核態和用戶態各有一個堆棧。運行在用戶空間時進程使用的是用戶空間中的堆棧,而運行在內核空間時,進程使用的是內核空間中的堆棧。所以說,Linux 中每個進程有兩個棧,分別用於用戶態和內核態。我其實也不是很理解,如果你想更理解的話可以看下這篇文章,上面講的很詳細網頁鏈接希望對你有幫助啊

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