Linux内核空间和用户空间

Linux内核空间和用户空间

内存空间的划分：启动后，OS逻辑划分物理内存。
用户空间：用户进程所在的内存区域。进程数据存放于用户空间
系统空间：OS占据的内存区域。OS的数据都是存放于系统空间
用户进程和系统进程的所有数据都在内存中，分开存放，防干扰。

用户态：执行用户代码库函数，只能访问用户空间
内核态：执行系统调用后，可以访问用户空间和内核空间

用户态切换到内核态的3种方式

1. 中断：使CPU中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作，并在处理完该事件之后返回断点处，继续执行刚刚被暂停的程序。
2. 异常：应用程序意想不到的行为(e.g.异常，恶意程序，应用程序需要的资源未得到满足)
3. 系统调用：应用程序请求操作提供服务(e.g.打开/关闭/读写文件，发送网络包)

中断的处理过程（中断号）

​ 硬件：外设需要OS支持时，会产生中断标记，让CPU知道。CPU会产生一个中断号，发给OS，OS根据中断号找到对应的处理例程。

​ 软件：保存当前的处理状态。根据中断号，处理中断服务程序。清除中断标记。恢复之前保存的处理状态

异常的处理过程（异常编号）

1. 保存现场
2. 异常处理
   a. 杀死异常程序
   b.修补异常，重新执行指令，程序继续执行。
3. 恢复现场

系统调用（系统调用接口）

​ 系统函数，用户从库函数，触发内核调用系统函数。库函数和系统函数调用过程中的堆栈空间是独立的。堆栈切换以及从用户和内核之间的切换代价很大，所以直接调用系统函数还不如调用库函数快。（是不是又似曾相识…）

虚拟内存：
每个进程运行起来后都有自己独立的虚拟地址空间。4G的进程地址空间被分为用户空间与内核空间。用户空间0~3G，内核空间3G~4G。用户进程只能访问用户空间的虚拟地址，不能访问内核空间的虚拟地址。例外情况，用户进程进行系统调用（代表用户进程在内核态执行）等时刻可以访问到内核空间。
用户空间的切换
·用户空间对应进程，所以每当进程切换，用户空间就会跟着变化；·每个进程的用户空间完全独立、互不相干。而内核空间是由内核负责映射，是固定的。内核空间地址有自己对应的页表，用户进程各自有不同的页表。

参考：

https://blog.csdn.net/T146lLa128XX0x/article/details/79395090?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task