内核空间和用户空间

一、内核空间与用户空间

    1.一个计算机通常有一定大小的内存空间，如使用的计算机是4GB 的地址空间，但是

程序并不能完全使用这些地址空间，因为这些地址空间被划分为内核空间和用户空间。程

序只能使用用户空间的内存，这里所说的使用是指程序能够申请的内存空间，并不是程序

真正访问的地址空间。

 

内核空间主要是指操作系统运行时所使用的用于程序调度、虚拟内存的使用或者连接

硬件资源等的程序逻辑。为何需要内存空间和用户空间的划分呢？很显然和前面所说的每

个进程都独立使用属于自己的内存一样，为了保证操作系统的稳定性，运行在操作系统中

的用户程序不能访问操作系统所使用的内存空间。这也是从安全性上考虑的，如访问硬件

资源只能由操作系统来发起，用户程序不允许直接访问硬件资源。如果用户程序需要访问

硬件资源，如网络连接等，可以调用操作系统提供的接口来实现，这个调用接口的过程也

就是系统调用。每一次系统调用都会存在两个内存空间的切换，通常的网络传输也是一次

系统调用，通过网络传输的数据先是从内核空间接收到远程主机的数据，然后再从内核空

间复制到用户空间，供用户程序使用。这种从内核空间到用户空间的数据复制很费时，虽

然保住了程序运行的安全性和稳定性，但是也牺牲了一部分效率。但是现在已经出现了很

多其他技术能够减少这种从内核空间到用户空间的数据复制的方式，如Linux 系统提供了

sendfile 文件传输方式。

 

内核空间和用户空间的大小如何分配也是一个问题，是更多地分配给用户空间供用户

程序使用，还是首先保住内核有足够的空间来运行，这要平衡一下。如果是一台登录服务

器，很显然，要分配更多的内核空间，因为每一个登录用户操作系统都会初始化一个用户

进程，这个进程大部分都在内核空间里运行。在当前的Windows 32 位操作系统中默认内

核空间和用户空间的比例是1:1（2GB 的内核空间，2GB 的用户空间），而在32 位Linux

系统中默认的比例是1:3（1GB 的内核空间，3GB 的用户空间）。

    2.自己的理解，众所周知，os也是一个程序，是程序一定要在内存中运行，会胡乱地在物理内存中分页运行吗？

不会的，为了保证操作系统能够安全、稳定地运行，内存空间会被分为用户空间和内核空间，内核空间即为os所运行的空间，

其中会运行与os有关的相关进程，如对某些硬件资源访问的进程，如某些调度程度等等。内核空间其实封存了高权限的进程，

这些进程用户进程不能访问到，唯一的办法是当用户进程需要执行内核空间的一些进程的时候，会进行用户态到内核态的转化，

其实就是一种进程调度，从当前用户态的进程转为内核空间中的某些进程执行。进程有独立性，一个进程使用一个地址空间，

这里的地址空间为虚拟内存空间，即用户为了编写程序方便所自己模拟的具有连续内存的空间。由于对所有的用户进程来说，

内核进程都是共享的，所以其实通俗理解为，整个内存有一块固定的内存空间，装在os进程，而剩下的空间则由用户编写的程序

占据。注意系统调用的概念，即用户进程对os进程的一个调用，进而获取某些硬件权限。