linux內核空間和用戶空間

❶ 為什麼要劃分為用戶空間和內核空間

Linux虛擬內存的大小為2^32（在32位的x86機器上），內核將這4G位元組的空間分為兩部分。最高的1G位元組（從虛地址
0xC0000000到0xFFFFFFFF）供內核使用，稱為「內核空間」。而較低的3G位元組（從虛地址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內核空間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位元組的虛擬地址空間(也叫虛擬內存).

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內核空間則為所有進程以及內核所共享。另外，進程的「用戶空間」也叫「地址空間」，在後面的敘述中，我們對這兩個術語不再區分。

用戶空間不是進程共享的，而是進程隔離的。每個進程最大都可以有3GB的用戶空間。一個進程對其中一個地址的訪問，與其它進程對於同一地址的訪問絕不沖
突。比如，一個進程從其用戶空間的地址0x1234ABCD處可以讀出整數8，而另外一個進程從其用戶空間的地址0x1234ABCD處可以讀出整數
20，這取決於進程自身的邏輯。
因此Linux對用戶空間與內核空間的劃分起到了一定程度上的沖突避免。

❷ 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。

❸ 怎樣去理解Linux用戶態和內核態

在Linux技術討論中，用戶態和內核態的術語常常被提及。用戶態與內核態代表的是操作系統架構中兩個不同的層面。用戶態是應用程序運行的空間，而內核態代表的是操作系統的核心部分，負責控制計算機的硬體資源，如協調CPU資源、分配內存資源並提供穩定環境供應用程序運行。

通過系統調用，整個Linux體系被分為用戶態和內核態。系統調用是操作系統最小的功能單位，用於用戶態與內核態間的交互。不同Linux發行版本提供的系統調用數量在240-350之間，它們構成了用戶態與內核態間交互的基本介面。例如，用戶態需要申請內存時，會通過系統調用進行操作。庫函數則進一步簡化了系統調用的使用，屏蔽了復雜的底層實現細節，提供簡單的基本介面給用戶，增強了程序的靈活性。

Shell作為操作系統與用戶間的介面，可以被視作一層外殼。它提供命令行界面，使得用戶可以與系統進行交互。shell腳本是符合shell語法的文本，用於實現常用功能，提高工作效率。

Linux體系架構可以分為多個層次，內核負責管理和控制硬體資源，包括進程調度、內存管理、文件系統管理、設備驅動管理、網路管理等，為應用程序提供統一的系統調用介面。這種分層設計提高了系統的穩定性和擴展性，增強了兼容性。

從用戶態到內核態的切換，是通過系統調用來實現的。這涉及到對資源的有效利用與限制，以避免資源訪問沖突。內核態與用戶態的主要區別在於許可權等級不同，用戶態進程受限於資源訪問控制，而內核態進程則擁有更大的自由度。

實際上，從用戶態到內核態的切換有三種方式：通過系統調用、使用特定的內核函數，或是通過硬體中斷。系統調用是切換的主要途徑，涉及上下文切換，而其他方式在特定場景下可能適用。

綜上所述，Linux用戶態與內核態的概念是操作系統架構中的關鍵部分。理解這些概念對於深入學習Linux及其內核原理至關重要。