linux內核用戶空間

❶ linux內核可以直接操作用戶空間數據嗎

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

❷ LINUX內核空間與用戶空間分別是什麼意思

關於內核空間和用戶空間，說的是linux驅動程序一般工作在內核空間，但也可以工作在用戶空間。下面將詳細解析，什麼是內核空間，什麼是用戶空間，以及如何判斷他們。
Linux簡化了分段機制，使得虛擬地址與線性地址總是一致，因此，Linux的虛擬地址空間也為0~4G.Linux內核將這4G位元組的空間分為兩部分。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)。因為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。
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。每個進程有各自的私有用戶空間(0~3G)，這個空間對系統中的其他進程是不可見的。最高的1GB位元組虛擬內核空間則為所有進程以及內核所共享。
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。

❸ Linux用戶空間內存是怎麼動態申請

用戶空間中動態申請內存的函數為malloc ()，這個函數在各種操作系統上的使用都是一致的，malloc ()申請的內存的釋放函數為free()。對於Linux而言，C庫的malloc ()函數一般通過brk ()和mmap ()兩個系統調用從內核申請內存。由於用戶空間C庫的malloc演算法實際上具備一個二次管理能力，所以並不是每次申請和釋放內存都一定伴隨著對內核的系統調用。比如，代碼清單11.2的應用程序可以從內核拿到內存後，立即調用free()，由於free()之前調用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，這個free ()並不會把內存還給內核，而只是還給了C庫的分配演算法（內存仍然屬於這個進程)，因此之後所有的動態內存申請和釋放都在用戶態下進行。另外，Linux內核總是採用按需調頁（Demand Paging)，因此當malloc ()返回的時候，雖然是成功返回，但是內核並沒有真正給這個進程內存，這個時候如果去讀申請的內存，內容全部是0，這個頁面的映射是只讀的。只有當寫到某個頁面的時候，內核才在頁錯誤後，真正把這個頁面給這個進程。
在Linux內核空間中申請內存涉及的函數主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()
等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其類似函數）申請的內存位於DMA和常規區域的映射區，而且在物理上也是連續的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，因此存在較簡單的轉換關系。而vmalloc()在虛擬內存空間給出一塊連續的內存區，實質上，這片連續的虛擬內存在物理內存中並不一定連續，而vmalloc (）申請的虛擬內存和物理內存之間也沒有簡單的換算關系。

❹ linux申請用戶空間內存原則

在用戶空間中動態申請內存的函數為malloc ()，這個函數在各種操作系統上的使用都是一致的，malloc ()申請的內存的釋放函數為free()。對於Linux而言，C庫的malloc ()函數一般通過brk ()和mmap ()兩個系統調用從內核申請內存。

❺ linux內核：用戶空間和系統空間

x86機構有特權級別模式，和其他模式，特權級別就是可以操作所有的資源。其他模式就不能訪問某些限制的資源，這樣是出於系統安全性的考慮，在操作系統上反應出來，就是分為用戶態和內核態。或者叫內核空間和用戶空間。用戶態的程序不能直接訪問內核空間的資源，包括地址，介面什麼的，比如不能直接操作硬體設備，只有通過系統調用介面，讓內核幫你完成。

❻ linux內核與內核空間的關系

簡單理解為：內核空間是內核使用，用戶空間是應用程序使用；除非編譯內核要考慮內核空間，其餘情況都可以按照用戶空間處理

❼ 如何在linux內核中調用用戶空間的程序

教科書里的Linux代碼例子都已作古，所以看到的代碼不能當真，領會意思就行了
比如以前的init進程的啟動代碼
execve(init_filename,argv_init,envp_init);

現在改為
static void run_init_process(char *init_filename)
{
argv_init[0] = init_filename;
kernel_execve(init_filename, argv_init, envp_init);
}

好的，聰明人就發現，linux內核中調用用戶空間的程序可以使用init這樣的方式，調用 kernel_execve
不過內核還是提供了更好的輔助介面call_usermodehelper，自然最後也是調用kernel_execve

調用特定的內核函數（系統調用）是 GNU/Linux 中軟體開發的原本就有的組成部分。但如果方向反過來呢，內核空間調用用戶空間？確實有一些有這種特性的應用程序需要每天使用。例如，當內核找到一個設備，這時需要載入某個模塊，進程如何處理？動態模塊載入在內核通過 usermode-helper 進程進行。
讓我們從探索 usermode-helper 應用程序編程介面（API）以及在內核中使用的例子開始。 然後，使用 API 構造一個示例應用程序，以便更好地理解其工作原理與局限。
usermode-helper API
usermode-helper API 是個很簡單的 API，其選項為用戶熟知。例如，要創建一個用戶空間進程，通常只要設置名稱為 executable，選項都為 executable，以及一組環境變數（指向 execve 主頁）。創建內核進程也是一樣。但由於創建內核空間進程，還需要設置一些額外選項。

❽ linux用戶空間內存原則

在用戶空間中動態申請內存的函數為malloc ()，這個函數在各種操作系統上的使用都是一致的，malloc ()申請的內存的釋放函數為free()。對於Linux而言，C庫的malloc ()函數一般通過brk ()和mmap ()兩個系統調用從內核申請內存。由於用戶空間C庫的malloc演算法實際上具備一個二次管理能力，所以並不是每次申請和釋放內存都一定伴隨著對內核的系統調用。如，應用程序可以從內核拿到內存後，立即調用free()，由於free()之前調用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，這個free ()並不會把內存還給內核，而只是還給了C庫的分配演算法（內存仍然屬於這個進程)，因此之後所有的動態內存申請和釋放都在用戶態下進行。另外，Linux內核總是採用按需調頁（Demand Paging)，因此當malloc ()返回的時候，雖然是成功返回，但是內核並沒有真正給這個進程內存，這個時候如果去讀申請的內存，內容全部是0，這個頁面的映射是只讀的。只有當寫到某個頁面的時候，內核才在頁錯誤後，真正把這個頁面給這個進程。在Linux內核空間中申請內存涉及的函數主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其類似函數）申請的內存位於DMA和常規區域的映射區，而且在物理上也是連續的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，因此存在較簡單的轉換關系。而vmalloc()在虛擬內存空間給出一塊連續的內存區，實質上，這片連續的虛擬內存在物理內存中並不一定連續，而vmalloc (）申請的虛擬內存和物理內存之間也沒有簡單的換算關系。

❾ Linux的內核空間和用戶空間是如何劃分的(以32位系統為例)

通常32位Linux內核地址空間劃分0~3G為用戶空間，3~4G為內核空間。地址分配如下圖所示

直接映射區：線性空間中從3G開始最大896M的區間，為直接內存映射區，該區域的線性地址和物理地址存在線性轉換關系：線性地址=3G+物理地址。

動態內存映射區:該區域由內核函數vmalloc來分配，特點是：線性空間連續，但是對應的物理空間不一定連續。vmalloc分配的線性地址所對應的物理頁可能處於低端內存，也可能處於高端內存。

永久內存映射區：該區域可訪問高端內存。訪問方法是使用alloc_page(_GFP_HIGHMEM)分配高端內存頁或者使用kmap函數將分配到的高端內存映射到該區域。

固定映射區：該區域和4G的頂端只有4k的隔離帶，其每個地址項都服務於特定的用途，如ACPI_BASE等。

❿ Linux內核中用戶空間棧和內核棧的區別

您好，很高興為您解答。
1.進程的堆棧

內核在創建進程的時候，在創建task_struct的同事，會為進程創建相應的堆棧。每個進程會有兩個棧，一個用戶棧，存在於用戶空間，一個內核棧，存在於內核空間。當進程在用戶空間運行時，cpu堆棧指針寄存器裡面的內容是用戶堆棧地址，使用用戶棧；當進程在內核空間時，cpu堆棧指針寄存器裡面的內容是內核棧空間地址，使用內核棧。
2.進程用戶棧和內核棧的切換

當進程因為中斷或者系統調用而陷入內核態之行時，進程所使用的堆棧也要從用戶棧轉到內核棧。

進程陷入內核態後，先把用戶態堆棧的地址保存在內核棧之中，然後設置堆棧指針寄存器的內容為內核棧的地址，這樣就完成了用戶棧向內核棧的轉換；當進程從內核態恢復到用戶態之行時，在內核態之行的最後將保存在內核棧裡面的用戶棧的地址恢復到堆棧指針寄存器即可。這樣就實現了內核棧和用戶棧的互轉。

那麼，我們知道從內核轉到用戶態時用戶棧的地址是在陷入內核的時候保存在內核棧裡面的，但是在陷入內核的時候，我們是如何知道內核棧的地址的呢？

關鍵在進程從用戶態轉到內核態的時候，進程的內核棧總是空的。這是因為，當進程在用戶態運行時，使用的是用戶棧，當進程陷入到內核態時，內核棧保存進程在內核態運行的相關信心，但是一旦進程返回到用戶態後，內核棧中保存的信息無效，會全部恢復，因此每次進程從用戶態陷入內核的時候得到的內核棧都是空的。所以在進程陷入內核的時候，直接把內核棧的棧頂地址給堆棧指針寄存器就可以了。
3.內核棧的實現

內核棧在kernel-2.4和kernel-2.6裡面的實現方式是不一樣的。
在kernel-2.4內核裡面，內核棧的實現是：
union task_union {
struct task_struct task;
unsigned long stack[init_stack_size/sizeof(long)];
}; 其中，init_stack_size的大小隻能是8k。

內核為每個進程分配task_struct結構體的時候，實際上分配兩個連續的物理頁面，底部用作task_struct結構體，結構上面的用作堆棧。使用current()宏能夠訪問當前正在運行的進程描述符。
注意：這個時候task_struct結構是在內核棧裡面的，內核棧的實際能用大小大概有7k。

內核棧在kernel-2.6裡面的實現是（kernel-2.6.32）：

union thread_union {
struct thread_info thread_info；
unsigned long stack[thread_size/sizeof(long)];
}; 其中thread_size的大小可以是4k，也可以是8k，thread_info佔52bytes。

當內核棧為8k時，thread_info在這塊內存的起始地址，內核棧從堆棧末端向下增長。所以此時，kernel-2.6中的current宏是需要更改的。要通過thread_info結構體中的task_struct域來獲得於thread_info相關聯的task。更詳細的參考相應的current宏的實現。
struct thread_info {
struct task_struct *task；
struct exec_domain *exec_domain；
__u32 flags；
__u32 status;
__u32 cpu;
… ..
}; 注意：此時的task_struct結構體已經不在內核棧空間裡面了。
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