linux 内核空间

原创: http://www.imet.me/post/2018/09-19_linux_kernal_basic/

关于linux内核

1. 用户态和内核态，有啥区别 ？
2. 虚拟地址空间怎么划分的 ？

用户空间 vs 内核空间

用户空间和内核空间的划分:

下图展示了用户空间和内核空间的划分:

• user space: 应用程序和C库运行在用户空间
• kernal space: 而核心内核和设备驱动程序，以及硬件则常驻内核空间

虚拟地址空间 vs 物理内存

用户空间和内核空间不是物理内存的空间划分，而是抽象的，依据 CPU 的字长来决定空间的大小的。

• 32位CPU 寻址空间: 2的32次方 B = 4GiB
• 64位CPU 寻址空间: 2的64次方 B （实际使用位数是42位或47位寻址空间）

现代的 CPU 基本上都是 64 位，所以最大寻址空间远超目前的物理内存 4GiB, 8GiB, 64GiB 等

1. 关于 TASK_SIZE: IA32 位架构， TASK_SIZE 为 3GiB, 所以内核空间为 1GiB
2. 64位架构，实际上用不了这么多， 可能会造成一定的空洞，参考 arm 64 的架构

所以虚拟地址空间和物理内存空间是独立的

地址空间切换

应用程序要打印一段字符:

1. 应用程序在用户空间调用 C 库的 print 函数
2. C 库中 print 函数进行 write() 系统调用
3. 然后 CPU 切换到内核空间执行系统 write() 调用
4. 当 CPU 执行完系统调用后，又切换到用户空间

参考

1. 《深入Linux内核架构》
2. 《Linux内核设计与实现》（原书第3版）
3. 《深入理解计算机系统》
4. [Linux 虚拟内存和物理内存的理解][3]
5. ARM64 Linux 内核虚拟地址空间